ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर के सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से एक इसकी मॉड्यूलेशन गति या बैंडविड्थ है, जो कम से कम उपलब्ध इलेक्ट्रॉनिक्स जितना तेज़ होना चाहिए। 100 गीगाहर्ट्ज़ से अधिक पारगमन आवृत्तियों वाले ट्रांजिस्टर को 90 एनएम सिलिकॉन तकनीक में पहले ही प्रदर्शित किया जा चुका है, और न्यूनतम सुविधा आकार कम होने के कारण गति और बढ़ जाएगी [1]। हालाँकि, वर्तमान सिलिकॉन-आधारित मॉड्यूलेटर की बैंडविड्थ सीमित है। सेंट्रो-सममितीय क्रिस्टलीय संरचना के कारण सिलिकॉन में χ(2)-अरैखिकता नहीं होती है। तनावपूर्ण सिलिकॉन के उपयोग से पहले से ही दिलचस्प परिणाम सामने आए हैं [2], लेकिन गैर-रैखिकताएं अभी भी व्यावहारिक उपकरणों की अनुमति नहीं देती हैं। इसलिए अत्याधुनिक सिलिकॉन फोटोनिक मॉड्यूलेटर अभी भी पीएन या पिन जंक्शनों में फ्री-कैरियर फैलाव पर निर्भर हैं [3-5]। फॉरवर्ड बायस्ड जंक्शनों को VπL = 0.36 V मिमी जितनी कम वोल्टेज-लंबाई वाले उत्पाद को प्रदर्शित करते हुए दिखाया गया है, लेकिन मॉड्यूलेशन गति अल्पसंख्यक वाहकों की गतिशीलता द्वारा सीमित है। फिर भी, विद्युत संकेत के पूर्व-जोर की सहायता से 10 Gbit/s की डेटा दरें उत्पन्न की गई हैं [4]। इसके बजाय रिवर्स बायस्ड जंक्शनों का उपयोग करते हुए, बैंडविड्थ को लगभग 30 गीगाहर्ट्ज़ [5,6] तक बढ़ा दिया गया है, लेकिन वोल्टेज लंबाई उत्पाद VπL = 40 V मिमी तक बढ़ गया है। दुर्भाग्य से, ऐसे प्लाज्मा प्रभाव चरण मॉड्यूलेटर अवांछित तीव्रता मॉड्यूलेशन भी उत्पन्न करते हैं [7], और वे लागू वोल्टेज पर गैर-रेखीय प्रतिक्रिया करते हैं। QAM जैसे उन्नत मॉड्यूलेशन प्रारूपों के लिए, हालांकि, एक रैखिक प्रतिक्रिया और शुद्ध चरण मॉड्यूलेशन की आवश्यकता होती है, जो इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभाव (पॉकेल्स प्रभाव [8]) के शोषण को विशेष रूप से वांछनीय बनाता है।
2. एसओएच दृष्टिकोण
हाल ही में, सिलिकॉन-ऑर्गेनिक हाइब्रिड (एसओएच) दृष्टिकोण का सुझाव दिया गया है [9-12]। एसओएच मॉड्यूलेटर का एक उदाहरण चित्र 1(ए) में दिखाया गया है। इसमें ऑप्टिकल क्षेत्र का मार्गदर्शन करने वाला एक स्लॉट वेवगाइड और दो सिलिकॉन स्ट्रिप्स होते हैं जो ऑप्टिकल वेवगाइड को धातु इलेक्ट्रोड से विद्युत रूप से जोड़ते हैं। ऑप्टिकल नुकसान से बचने के लिए इलेक्ट्रोड ऑप्टिकल मोडल क्षेत्र के बाहर स्थित होते हैं [13], चित्र 1(बी)। डिवाइस को इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कार्बनिक पदार्थ से लेपित किया गया है जो समान रूप से स्लॉट को भरता है। मॉड्यूलेटिंग वोल्टेज को धात्विक विद्युत वेवगाइड द्वारा ले जाया जाता है और प्रवाहकीय सिलिकॉन स्ट्रिप्स के कारण स्लॉट में गिर जाता है। परिणामी विद्युत क्षेत्र अल्ट्रा-फास्ट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभाव के माध्यम से स्लॉट में अपवर्तन सूचकांक को बदल देता है। चूँकि स्लॉट की चौड़ाई 100 एनएम के क्रम में होती है, कुछ वोल्ट बहुत मजबूत मॉड्यूलेटिंग फ़ील्ड उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त होते हैं जो अधिकांश सामग्रियों की ढांकता हुआ ताकत के परिमाण के क्रम में होते हैं। संरचना में उच्च मॉड्यूलेशन दक्षता है क्योंकि मॉड्यूलेटिंग और ऑप्टिकल फ़ील्ड दोनों स्लॉट के अंदर केंद्रित हैं, चित्र 1 (बी) [14]। दरअसल, सब-वोल्ट ऑपरेशन [11] के साथ एसओएच मॉड्यूलेटर का पहला कार्यान्वयन पहले ही दिखाया जा चुका है, और 40 गीगाहर्ट्ज तक साइनसॉइडल मॉड्यूलेशन का प्रदर्शन किया गया था [15,16]। हालाँकि, लो-वोल्टेज हाई-स्पीड एसओएच मॉड्यूलेटर के निर्माण में चुनौती एक अत्यधिक प्रवाहकीय कनेक्टिंग स्ट्रिप बनाना है। समतुल्य सर्किट में स्लॉट को कैपेसिटर सी द्वारा और प्रवाहकीय स्ट्रिप्स को प्रतिरोधक आर, चित्र 1 (बी) द्वारा दर्शाया जा सकता है। संबंधित आरसी समय स्थिरांक डिवाइस की बैंडविड्थ [10,14,17,18] निर्धारित करता है। प्रतिरोध आर को कम करने के लिए, सिलिकॉन स्ट्रिप्स [10,14] को डोप करने का सुझाव दिया गया है। जबकि डोपिंग से सिलिकॉन स्ट्रिप्स की चालकता बढ़ जाती है (और इसलिए ऑप्टिकल नुकसान बढ़ जाता है), व्यक्ति को अतिरिक्त नुकसान जुर्माना देना पड़ता है क्योंकि अशुद्धता बिखरने से इलेक्ट्रॉन गतिशीलता ख़राब होती है [10,14,19]। इसके अलावा, सबसे हालिया निर्माण प्रयासों में अप्रत्याशित रूप से कम चालकता दिखाई दी।
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पोस्ट समय: मार्च-29-2023