ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर के सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से एक इसकी मॉड्यूलेशन गति या बैंडविड्थ है, जो उपलब्ध इलेक्ट्रॉनिक्स की गति के बराबर या उससे अधिक होनी चाहिए। 90 एनएम सिलिकॉन तकनीक में 100 GHz से अधिक पारगमन आवृत्तियों वाले ट्रांजिस्टर पहले ही प्रदर्शित किए जा चुके हैं, और न्यूनतम फीचर आकार कम होने पर गति और भी बढ़ जाएगी [1]। हालांकि, वर्तमान सिलिकॉन-आधारित मॉड्यूलेटरों की बैंडविड्थ सीमित है। सिलिकॉन में इसकी केंद्र-सममित क्रिस्टलीय संरचना के कारण χ(2)-गैर-रैखिकता नहीं होती है। तनावग्रस्त सिलिकॉन के उपयोग से पहले ही कुछ रोचक परिणाम प्राप्त हुए हैं [2], लेकिन गैर-रैखिकताएँ अभी तक व्यावहारिक उपकरणों के लिए उपयुक्त नहीं हैं। इसलिए अत्याधुनिक सिलिकॉन फोटोनिक मॉड्यूलेटर अभी भी पीएन या पिन जंक्शनों में मुक्त-वाहक फैलाव पर निर्भर करते हैं [3-5]। फॉरवर्ड बायस्ड जंक्शनों में वोल्टेज-लंबाई उत्पाद VπL = 0.36 V mm जितना कम दिखाया गया है, लेकिन मॉड्यूलेशन गति अल्पसंख्यक वाहकों की गतिशीलता द्वारा सीमित है। फिर भी, विद्युत संकेत के पूर्व-प्रबलन की सहायता से 10 गीगाबिट/सेकंड की डेटा दर उत्पन्न की गई है [4]। इसके विपरीत बायस्ड जंक्शनों का उपयोग करके, बैंडविड्थ को लगभग 30 GHz तक बढ़ाया गया है [5,6], लेकिन वोल्टेज-लंबाई उत्पाद बढ़कर VπL = 40 V mm हो गया। दुर्भाग्य से, ऐसे प्लाज्मा प्रभाव चरण मॉड्यूलेटर अवांछित तीव्रता मॉड्यूलेशन भी उत्पन्न करते हैं [7], और वे लागू वोल्टेज के प्रति गैर-रैखिक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं। हालांकि, QAM जैसे उन्नत मॉड्यूलेशन प्रारूपों के लिए रैखिक प्रतिक्रिया और शुद्ध चरण मॉड्यूलेशन की आवश्यकता होती है, जिससे इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभाव (पॉकेल्स प्रभाव [8]) का दोहन विशेष रूप से वांछनीय हो जाता है।
2. एसओएच दृष्टिकोण
हाल ही में, सिलिकॉन-ऑर्गेनिक हाइब्रिड (SOH) दृष्टिकोण का सुझाव दिया गया है [9–12]। SOH मॉड्यूलेटर का एक उदाहरण चित्र 1(a) में दिखाया गया है। इसमें ऑप्टिकल क्षेत्र को निर्देशित करने वाला एक स्लॉट वेवगाइड और दो सिलिकॉन स्ट्रिप्स शामिल हैं जो ऑप्टिकल वेवगाइड को धात्विक इलेक्ट्रोड से विद्युत रूप से जोड़ते हैं। ऑप्टिकल हानि से बचने के लिए इलेक्ट्रोड ऑप्टिकल मोडल क्षेत्र के बाहर स्थित होते हैं [13], चित्र 1(b)। डिवाइस को एक इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कार्बनिक पदार्थ से लेपित किया जाता है जो स्लॉट को समान रूप से भरता है। मॉड्यूलेटिंग वोल्टेज धात्विक विद्युत वेवगाइड द्वारा वहन किया जाता है और प्रवाहकीय सिलिकॉन स्ट्रिप्स के कारण स्लॉट के पार क्षीण हो जाता है। परिणामी विद्युत क्षेत्र तब अति-तीव्र इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभाव के माध्यम से स्लॉट में अपवर्तनांक को बदल देता है। चूंकि स्लॉट की चौड़ाई लगभग 100 nm है, इसलिए कुछ वोल्ट बहुत मजबूत मॉड्यूलेटिंग क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त हैं जो अधिकांश पदार्थों की परावैद्युत सामर्थ्य के परिमाण के क्रम में होते हैं। इस संरचना की मॉड्यूलेशन दक्षता उच्च है क्योंकि मॉड्यूलेटिंग और ऑप्टिकल दोनों क्षेत्र स्लॉट के अंदर केंद्रित होते हैं, चित्र 1(b) [14]। वास्तव में, सब-वोल्टेज ऑपरेशन वाले SOH मॉड्यूलेटर के पहले कार्यान्वयन [11] पहले ही दिखाए जा चुके हैं, और 40 GHz तक साइनसोइडल मॉड्यूलेशन का प्रदर्शन किया गया है [15,16]। हालांकि, कम वोल्टेज वाले उच्च गति SOH मॉड्यूलेटर बनाने में चुनौती एक अत्यधिक प्रवाहकीय कनेक्टिंग स्ट्रिप बनाना है। एक समतुल्य परिपथ में स्लॉट को एक संधारित्र C और प्रवाहकीय स्ट्रिप्स को प्रतिरोधक R द्वारा दर्शाया जा सकता है, चित्र 1(b)। संबंधित RC समय स्थिरांक डिवाइस की बैंडविड्थ निर्धारित करता है [10,14,17,18]। प्रतिरोध R को कम करने के लिए, सिलिकॉन स्ट्रिप्स को डोप करने का सुझाव दिया गया है [10,14]। डोपिंग से सिलिकॉन स्ट्रिप्स की चालकता बढ़ती है (और इसलिए ऑप्टिकल हानि भी बढ़ती है), लेकिन इसके साथ ही एक अतिरिक्त हानि भी होती है क्योंकि अशुद्धता प्रकीर्णन द्वारा इलेक्ट्रॉन गतिशीलता बाधित होती है [10,14,19]। इसके अलावा, हाल ही में किए गए निर्माण प्रयासों में अप्रत्याशित रूप से कम चालकता देखी गई।
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पोस्ट करने का समय: 29 मार्च 2023