उच्चतर एकीकृत पतली फिल्म लिथियम नियोबेट 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। विद्युत को प्रकाश में बदलने के लिए इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर की आवश्यकता होती हैमाइक्रोवेव फोटोनिक सिस्टम, और यह महत्वपूर्ण कदम आम तौर पर पूरे सिस्टम के प्रदर्शन को निर्धारित करता है। चूंकि रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल का ऑप्टिकल डोमेन में रूपांतरण एक एनालॉग सिग्नल प्रक्रिया है, और साधारणइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटरअंतर्निहित गैर-रैखिकता है, रूपांतरण प्रक्रिया में गंभीर संकेत विरूपण है। अनुमानित रैखिक मॉड्यूलेशन प्राप्त करने के लिए, मॉड्यूलेटर का ऑपरेटिंग पॉइंट आमतौर पर ऑर्थोगोनल बायस पॉइंट 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 (FCD) प्रभाव द्वारा प्राप्त किया जाता है। FCD प्रभाव और PN जंक्शन मॉड्यूलेशन दोनों गैर-रैखिक हैं, जो सिलिकॉन मॉड्यूलेटर को लिथियम नियोबेट मॉड्यूलेटर की तुलना में कम रैखिक बनाता है। लिथियम नियोबेट सामग्री उत्कृष्ट प्रदर्शन करती हैइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेशनउनके पकर प्रभाव के कारण गुण। साथ ही, लिथियम नियोबेट सामग्री में बड़े बैंडविड्थ, अच्छे मॉड्यूलेशन विशेषताओं, कम नुकसान, आसान एकीकरण और अर्धचालक प्रक्रिया के साथ संगतता के फायदे हैं, उच्च प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर बनाने के लिए पतली फिल्म लिथियम नियोबेट का उपयोग, सिलिकॉन की तुलना में लगभग कोई "छोटी प्लेट" नहीं है, लेकिन उच्च रैखिकता भी प्राप्त करने के लिए। इन्सुलेटर पर पतली फिल्म लिथियम नियोबेट (LNOI) इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर एक आशाजनक विकास दिशा बन गया है। पतली फिल्म लिथियम नियोबेट सामग्री तैयारी प्रौद्योगिकी और वेवगाइड नक़्क़ाशी प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर की उच्च रूपांतरण दक्षता और उच्च एकीकरण अंतरराष्ट्रीय शिक्षा और उद्योग का क्षेत्र बन गया है।

पतली फिल्म लिथियम नियोबेट की विशेषताएं
संयुक्त राज्य अमेरिका में डीएपी एआर नियोजन ने लिथियम नियोबेट 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 नियोबेट के नाम पर रखा जाना संभव है। ऐसा इसलिए है क्योंकि लिथियम नियोबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्रभाव, एकॉस्टो-ऑप्टिकल प्रभाव, पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव, थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव और फोटोरिफ्रेक्टिव प्रभाव को एक में एकीकृत करता है, ठीक वैसे ही जैसे ऑप्टिक्स के क्षेत्र में सिलिकॉन सामग्री।

ऑप्टिकल ट्रांसमिशन विशेषताओं के संदर्भ में, InP सामग्री में आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले 1550nm बैंड में प्रकाश के अवशोषण के कारण सबसे बड़ा ऑन-चिप ट्रांसमिशन नुकसान होता है। SiO2 और सिलिकॉन नाइट्राइड में सबसे अच्छी ट्रांसमिशन विशेषताएँ हैं, और नुकसान ~ 0.01dB / cm के स्तर तक पहुँच सकता है; वर्तमान में, पतली-फिल्म लिथियम नियोबेट वेवगाइड का वेवगाइड नुकसान 0.03dB / cm के स्तर तक पहुँच सकता है, और पतली-फिल्म लिथियम नियोबेट वेवगाइड के नुकसान में भविष्य में तकनीकी स्तर के निरंतर सुधार के साथ और भी कम होने की संभावना है। इसलिए, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट सामग्री प्रकाश संश्लेषक पथ, शंट और माइक्रोरिंग जैसे 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 LNOI आधारित फोटोनिक एकीकृत चिप पर InP आधारित प्रकाश स्रोत को पेश करना आवश्यक है। प्रकाश मॉड्यूलेशन के संदर्भ में, इस बात पर ऊपर जोर दिया गया है कि पतली फिल्म लिथियम नियोबेट सामग्री InP और Si की तुलना में बड़े मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ, कम आधे-तरंग वोल्टेज और कम संचरण हानि को प्राप्त करना आसान है। इसके अलावा, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट सामग्री के इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेशन की उच्च रैखिकता सभी माइक्रोवेव फोटॉन अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक है।

ऑप्टिकल रूटिंग के संदर्भ में, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट सामग्री की उच्च गति इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्रतिक्रिया LNOI आधारित ऑप्टिकल स्विच को उच्च गति ऑप्टिकल रूटिंग स्विचिंग में सक्षम बनाती है, और इस तरह की उच्च गति स्विचिंग की बिजली की 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 है, और अल्ट्रा-कम बिजली की खपत की विशेषताएं बड़े पैमाने पर चरणबद्ध सरणी प्रणाली की सख्त आवश्यकताओं के अनुकूल हैं। हालाँकि InP आधारित ऑप्टिकल स्विच भी उच्च गति वाले ऑप्टिकल पथ स्विचिंग का एहसास कर सकता है, लेकिन यह बड़े शोर का परिचय देगा, खासकर जब बहुस्तरीय ऑप्टिकल स्विच कैस्केड किया जाता है, तो शोर गुणांक गंभीर रूप से बिगड़ जाएगा। सिलिकॉन, SiO2 और सिलिकॉन नाइट्राइड सामग्री केवल थर्मो-ऑप्टिकल प्रभाव या वाहक फैलाव प्रभाव के माध्यम से ऑप्टिकल पथ स्विच कर सकते हैं, जिसमें उच्च बिजली की खपत और धीमी स्विचिंग गति का नुकसान है। जब चरणबद्ध सरणी का सरणी आकार बड़ा होता है, तो यह बिजली की खपत की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है।

ऑप्टिकल प्रवर्धन के संदर्भ में,अर्धचालक ऑप्टिकल एम्पलीफायर (एसओएInP पर आधारित ) वाणिज्यिक उपयोग के लिए परिपक्व हो चुका है, लेकिन इसमें उच्च शोर गुणांक और कम संतृप्ति आउटपुट शक्ति के नुकसान हैं, जो माइक्रोवेव फोटॉन के अनुप्रयोग के लिए अनुकूल नहीं है। आवधिक सक्रियण और व्युत्क्रम पर आधारित पतली फिल्म लिथियम नियोबेट 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 तकनीक की आवश्यकताओं को अच्छी तरह से पूरा कर सकती है।

प्रकाश का पता लगाने के संदर्भ में, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट में 1550 एनएम बैंड में प्रकाश के लिए अच्छी संचरण विशेषताएं हैं। फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण का कार्य महसूस नहीं किया जा सकता है, इसलिए माइक्रोवेव फोटॉन अनुप्रयोगों के लिए, चिप पर फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण की जरूरतों को पूरा करने के लिए। InGaAs या Ge-Si डिटेक्शन 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 है, और युग्मन सबसे सुविधाजनक है। पतली फिल्म लिथियम नियोबेट के दृढ़ता से प्रतिबंधित वेवगाइड का मोड फ़ील्ड व्यास लगभग 1μm है,

एकीकरण के संदर्भ में, क्या विभिन्न सामग्रियों में उच्च एकीकरण क्षमता है, 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 नियोबेट वेवगाइड में उच्च एकीकरण प्राप्त करने की क्षमता है। इसलिए, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट की उपस्थिति लिथियम नियोबेट सामग्री के लिए वास्तव में ऑप्टिकल "सिलिकॉन" की भूमिका निभाना संभव बनाती है। माइक्रोवेव फोटॉनों के अनुप्रयोग के लिए, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट के फायदे अधिक स्पष्ट हैं।