उच्च एकीकृत पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर

उच्च रैखिकताइलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटरऔर माइक्रोवेव फोटॉन अनुप्रयोग
संचार प्रणालियों की बढ़ती आवश्यकताओं के साथ, संकेतों की संचरण दक्षता को और बेहतर बनाने के लिए, लोग पूरक लाभ प्राप्त करने के लिए फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों को फ्यूज करेंगे, और माइक्रोवेव फोटोनिक्स का जन्म होगा। बिजली को प्रकाश में बदलने के लिए इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर की आवश्यकता होती हैमाइक्रोवेव फोटोनिक सिस्टम, और यह मुख्य कदम आमतौर पर पूरे सिस्टम के प्रदर्शन को निर्धारित करता है। चूँकि रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल को ऑप्टिकल डोमेन में बदलना एक एनालॉग सिग्नल प्रक्रिया है, और सामान्य हैइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटरअंतर्निहित गैर-रैखिकता है, रूपांतरण प्रक्रिया में गंभीर सिग्नल विरूपण है। अनुमानित रैखिक मॉड्यूलेशन प्राप्त करने के लिए, मॉड्यूलेटर का ऑपरेटिंग बिंदु आमतौर पर ऑर्थोगोनल पूर्वाग्रह बिंदु पर तय किया जाता है, लेकिन यह अभी भी मॉड्यूलेटर की रैखिकता के लिए माइक्रोवेव फोटॉन लिंक की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है। उच्च रैखिकता वाले इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर की तत्काल आवश्यकता है।

सिलिकॉन सामग्री का उच्च गति अपवर्तक सूचकांक मॉड्यूलेशन आमतौर पर मुक्त वाहक प्लाज्मा फैलाव (एफसीडी) प्रभाव द्वारा प्राप्त किया जाता है। एफसीडी प्रभाव और पीएन जंक्शन मॉड्यूलेशन दोनों गैर-रेखीय हैं, जो सिलिकॉन मॉड्यूलेटर को लिथियम नाइओबेट मॉड्यूलेटर की तुलना में कम रैखिक बनाता है। लिथियम नाइओबेट सामग्री उत्कृष्ट प्रदर्शन करती हैइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेशनगुण उनके पकर प्रभाव के कारण। साथ ही, लिथियम नाइओबेट सामग्री में बड़े बैंडविड्थ, अच्छे मॉड्यूलेशन विशेषताओं, कम नुकसान, आसान एकीकरण और अर्धचालक प्रक्रिया के साथ संगतता के फायदे हैं, सिलिकॉन की तुलना में उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर बनाने के लिए पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट का उपयोग होता है। लगभग कोई "शॉर्ट प्लेट" नहीं, बल्कि उच्च रैखिकता प्राप्त करने के लिए भी। इंसुलेटर पर पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट (एलएनओआई) इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर एक आशाजनक विकास दिशा बन गई है। पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट सामग्री तैयारी प्रौद्योगिकी और वेवगाइड नक़्क़ाशी प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर की उच्च रूपांतरण दक्षता और उच्च एकीकरण अंतरराष्ट्रीय शिक्षा और उद्योग का क्षेत्र बन गया है।

पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट के लक्षण
संयुक्त राज्य अमेरिका में डीएपी एआर योजना ने लिथियम नाइओबेट सामग्रियों का निम्नलिखित मूल्यांकन किया है: यदि इलेक्ट्रॉनिक क्रांति के केंद्र का नाम सिलिकॉन सामग्री के नाम पर रखा गया है जो इसे संभव बनाता है, तो फोटोनिक्स क्रांति के जन्मस्थान का नाम लिथियम नाइओबेट के नाम पर होने की संभावना है . ऐसा इसलिए है क्योंकि लिथियम नाइओबेट ऑप्टिक्स के क्षेत्र में सिलिकॉन सामग्री की तरह ही इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्रभाव, एकोस्टो-ऑप्टिकल प्रभाव, पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव, थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव और फोटोरिफ़्रेक्टिव प्रभाव को एक में एकीकृत करता है।

ऑप्टिकल ट्रांसमिशन विशेषताओं के संदर्भ में, आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले 1550nm बैंड में प्रकाश के अवशोषण के कारण InP सामग्री में सबसे बड़ा ऑन-चिप ट्रांसमिशन नुकसान होता है। SiO2 और सिलिकॉन नाइट्राइड में सर्वोत्तम संचरण विशेषताएँ हैं, और हानि ~ 0.01dB/cm के स्तर तक पहुँच सकती है; वर्तमान में, पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट वेवगाइड का वेवगाइड नुकसान 0.03dB/सेमी के स्तर तक पहुंच सकता है, और तकनीकी स्तर में निरंतर सुधार के साथ पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट वेवगाइड का नुकसान और कम होने की संभावना है। भविष्य। इसलिए, पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट सामग्री प्रकाश संश्लेषक पथ, शंट और माइक्रोरिंग जैसी निष्क्रिय प्रकाश संरचनाओं के लिए अच्छा प्रदर्शन दिखाएगी।

प्रकाश उत्पादन के संदर्भ में, केवल InP में सीधे प्रकाश उत्सर्जित करने की क्षमता है; इसलिए, माइक्रोवेव फोटॉन के अनुप्रयोग के लिए, बैकलोडिंग वेल्डिंग या एपिटैक्सियल ग्रोथ के माध्यम से एलएनओआई आधारित फोटोनिक एकीकृत चिप पर आईएनपी आधारित प्रकाश स्रोत को पेश करना आवश्यक है। प्रकाश मॉड्यूलेशन के संदर्भ में, ऊपर इस बात पर जोर दिया गया है कि पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट सामग्री InP और Si की तुलना में बड़े मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ, कम आधे-तरंग वोल्टेज और कम ट्रांसमिशन हानि को प्राप्त करना आसान है। इसके अलावा, पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट सामग्री के इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेशन की उच्च रैखिकता सभी माइक्रोवेव फोटॉन अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक है।

ऑप्टिकल रूटिंग के संदर्भ में, पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट सामग्री की उच्च गति इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्रतिक्रिया एलएनओआई आधारित ऑप्टिकल स्विच को उच्च गति ऑप्टिकल रूटिंग स्विचिंग में सक्षम बनाती है, और ऐसी उच्च गति स्विचिंग की बिजली खपत भी बहुत कम है। एकीकृत माइक्रोवेव फोटॉन प्रौद्योगिकी के विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए, ऑप्टिकली नियंत्रित बीमफॉर्मिंग चिप में तेज बीम स्कैनिंग की जरूरतों को पूरा करने के लिए उच्च गति स्विचिंग की क्षमता होती है, और अल्ट्रा-लो बिजली की खपत की विशेषताओं को बड़े पैमाने की सख्त आवश्यकताओं के लिए अच्छी तरह से अनुकूलित किया जाता है। -स्केल चरणबद्ध सरणी प्रणाली। हालाँकि InP आधारित ऑप्टिकल स्विच हाई-स्पीड ऑप्टिकल पथ स्विचिंग का भी एहसास कर सकता है, यह बड़े शोर का परिचय देगा, खासकर जब मल्टीलेवल ऑप्टिकल स्विच कैस्केड होता है, तो शोर गुणांक गंभीर रूप से खराब हो जाएगा। सिलिकॉन, SiO2 और सिलिकॉन नाइट्राइड सामग्री केवल थर्मो-ऑप्टिकल प्रभाव या वाहक फैलाव प्रभाव के माध्यम से ऑप्टिकल पथ को स्विच कर सकती है, जिसमें उच्च बिजली की खपत और धीमी स्विचिंग गति के नुकसान हैं। जब चरणबद्ध सरणी का आकार बड़ा होता है, तो यह बिजली की खपत की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है।

ऑप्टिकल प्रवर्धन के संदर्भ में,सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (एसओए) InP पर आधारित वाणिज्यिक उपयोग के लिए परिपक्व हो गया है, लेकिन इसमें उच्च शोर गुणांक और कम संतृप्ति आउटपुट पावर के नुकसान हैं, जो माइक्रोवेव फोटॉन के अनुप्रयोग के लिए अनुकूल नहीं है। आवधिक सक्रियण और व्युत्क्रम के आधार पर पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट वेवगाइड की पैरामीट्रिक प्रवर्धन प्रक्रिया कम शोर और उच्च शक्ति ऑन-चिप ऑप्टिकल प्रवर्धन प्राप्त कर सकती है, जो ऑन-चिप ऑप्टिकल प्रवर्धन के लिए एकीकृत माइक्रोवेव फोटॉन प्रौद्योगिकी की आवश्यकताओं को अच्छी तरह से पूरा कर सकती है।

प्रकाश का पता लगाने के संदर्भ में, पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट में 1550 एनएम बैंड में प्रकाश में अच्छी संचरण विशेषताएं हैं। फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण के कार्य को साकार नहीं किया जा सकता है, इसलिए चिप पर फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण की जरूरतों को पूरा करने के लिए माइक्रोवेव फोटॉन अनुप्रयोगों के लिए। InGaAs या Ge-Si पहचान इकाइयों को बैकलोडिंग वेल्डिंग या एपिटैक्सियल ग्रोथ द्वारा LNOI आधारित फोटोनिक एकीकृत चिप्स पर पेश करने की आवश्यकता है। ऑप्टिकल फाइबर के साथ युग्मन के संदर्भ में, क्योंकि ऑप्टिकल फाइबर स्वयं SiO2 सामग्री है, SiO2 वेवगाइड के मोड फ़ील्ड में ऑप्टिकल फाइबर के मोड फ़ील्ड के साथ उच्चतम मिलान डिग्री होती है, और युग्मन सबसे सुविधाजनक होता है। पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट के दृढ़ता से प्रतिबंधित वेवगाइड का मोड फ़ील्ड व्यास लगभग 1μm है, जो ऑप्टिकल फाइबर के मोड फ़ील्ड से काफी अलग है, इसलिए ऑप्टिकल फाइबर के मोड फ़ील्ड से मेल खाने के लिए उचित मोड स्पॉट परिवर्तन किया जाना चाहिए।

एकीकरण के संदर्भ में, विभिन्न सामग्रियों में उच्च एकीकरण क्षमता है या नहीं, यह मुख्य रूप से वेवगाइड के झुकने वाले त्रिज्या (वेवगाइड मोड क्षेत्र की सीमा से प्रभावित) पर निर्भर करता है। दृढ़ता से प्रतिबंधित वेवगाइड एक छोटे झुकने वाले त्रिज्या की अनुमति देता है, जो उच्च एकीकरण की प्राप्ति के लिए अधिक अनुकूल है। इसलिए, पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट वेवगाइड में उच्च एकीकरण प्राप्त करने की क्षमता है। इसलिए, पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट की उपस्थिति लिथियम नाइओबेट सामग्री के लिए वास्तव में ऑप्टिकल "सिलिकॉन" की भूमिका निभाना संभव बनाती है। माइक्रोवेव फोटॉन के अनुप्रयोग के लिए, पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट के फायदे अधिक स्पष्ट हैं।