लिथियम टैंटालेट (LTOI) उच्च गतिइलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर
वैश्विक डेटा ट्रैफ़िक में वृद्धि जारी है, जो 5G और आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस (AI) जैसी नई तकनीकों के व्यापक रूप से अपनाए जाने से प्रेरित है, जो ऑप्टिकल नेटवर्क के सभी स्तरों पर ट्रांसीवर के लिए महत्वपूर्ण चुनौतियाँ पेश करता है। विशेष रूप से, अगली पीढ़ी की इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर तकनीक को ऊर्जा की खपत और लागत को कम करते हुए एकल चैनल में 200 Gbps तक डेटा ट्रांसफर दरों में उल्लेखनीय वृद्धि की आवश्यकता होती है। पिछले कुछ वर्षों में, ऑप्टिकल ट्रांसीवर बाजार में सिलिकॉन फोटोनिक्स तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, मुख्य रूप से इस तथ्य के कारण कि परिपक्व CMOS प्रक्रिया का उपयोग करके सिलिकॉन फोटोनिक्स का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है। हालाँकि, SOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर जो वाहक फैलाव पर निर्भर करते हैं, बैंडविड्थ, बिजली की खपत, मुक्त वाहक अवशोषण और मॉड्यूलेशन नॉनलाइनियरिटी में बड़ी चुनौतियों का सामना करते हैं। उद्योग में अन्य प्रौद्योगिकी मार्गों में InP, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट LNOI, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल पॉलिमर और अन्य बहु-प्लेटफ़ॉर्म विषम एकीकरण समाधान शामिल हैं। एलएनओआई को ऐसा समाधान माना जाता है जो अल्ट्रा-हाई स्पीड और लो पावर मॉड्यूलेशन में सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन प्राप्त कर सकता है, हालांकि, वर्तमान में बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रक्रिया और लागत के मामले में इसमें कुछ चुनौतियां हैं। हाल ही में, टीम ने उत्कृष्ट फोटोइलेक्ट्रिक गुणों और बड़े पैमाने पर विनिर्माण के साथ एक पतली फिल्म लिथियम टैंटलेट (LTOI) एकीकृत फोटोनिक प्लेटफ़ॉर्म लॉन्च किया, जिसके कई अनुप्रयोगों में लिथियम नियोबेट और सिलिकॉन ऑप्टिकल प्लेटफ़ॉर्म के प्रदर्शन से मेल खाने या उससे भी आगे निकलने की उम्मीद है। हालाँकि, अब तक, का मुख्य उपकरणऑप्टिकल संचारअल्ट्रा-हाई स्पीड इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर को एलटीओआई में सत्यापित नहीं किया गया है।
इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने सबसे पहले एलटीओआई इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर को डिजाइन किया, जिसकी संरचना चित्र 1 में दिखाई गई है। इन्सुलेटर पर लिथियम टैंटालेट की प्रत्येक परत की संरचना और माइक्रोवेव इलेक्ट्रोड के मापदंडों के डिजाइन के माध्यम से, माइक्रोवेव और प्रकाश तरंग के प्रसार की गति का मिलानइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटरसाकार किया जाता है। माइक्रोवेव इलेक्ट्रोड के नुकसान को कम करने के संदर्भ में, इस काम में शोधकर्ताओं ने पहली बार बेहतर चालकता के साथ इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में चांदी के उपयोग का प्रस्ताव दिया, और व्यापक रूप से इस्तेमाल किए जाने वाले सोने के इलेक्ट्रोड की तुलना में चांदी के इलेक्ट्रोड ने माइक्रोवेव नुकसान को 82% तक कम कर दिया।
चित्र 1 एलटीओआई इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर संरचना, चरण मिलान डिजाइन, माइक्रोवेव इलेक्ट्रोड हानि परीक्षण।
चित्र 2 में एलटीओआई इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर के प्रयोगात्मक उपकरण और परिणाम दिखाए गए हैंतीव्रता मॉड्युलेटेडऑप्टिकल संचार प्रणालियों में प्रत्यक्ष पहचान (IMDD)। प्रयोगों से पता चलता है कि LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर 3.8×10⁻² के मापे गए BER के साथ 176 GBd के साइन रेट पर PAM8 सिग्नल संचारित कर सकता है जो 25% SD-FEC सीमा से नीचे है। 200 GBd PAM4 और 208 GBd PAM2 दोनों के लिए, BER 15% SD-FEC और 7% HD-FEC की सीमा से काफी कम था। चित्र 3 में आँख और हिस्टोग्राम परीक्षण के परिणाम नेत्रहीन रूप से प्रदर्शित करते हैं कि LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का उपयोग उच्च गति संचार प्रणालियों में उच्च रैखिकता और कम बिट त्रुटि दर के साथ किया जा सकता है।
चित्र 2 एलटीओआई इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का उपयोग करके प्रयोगतीव्रता संशोधितऑप्टिकल संचार प्रणाली में प्रत्यक्ष संसूचन (IMDD) (a) प्रायोगिक उपकरण; (b) संकेत दर के एक फलन के रूप में PAM8 (लाल), PAM4 (हरा) और PAM2 (नीला) संकेतों की मापी गई बिट त्रुटि दर (BER); (c) 25% SD-FEC सीमा से नीचे बिट-त्रुटि दर मानों वाले मापों के लिए निकाली गई उपयोगी सूचना दर (AIR, धराशायी रेखा) और संबद्ध शुद्ध डेटा दर (NDR, ठोस रेखा); (d) PAM2, PAM4, PAM8 मॉडुलन के अंतर्गत नेत्र मानचित्र और सांख्यिकीय हिस्टोग्राम।
यह कार्य 110 गीगाहर्ट्ज की 3 डीबी बैंडविड्थ के साथ पहले हाई-स्पीड एलटीओआई इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर को प्रदर्शित करता है। तीव्रता मॉड्यूलेशन प्रत्यक्ष पहचान आईएमडीडी ट्रांसमिशन प्रयोगों में, डिवाइस 405 जीबीआईटी/एस की एकल वाहक नेट डेटा दर प्राप्त करता है, जो एलएनओआई और प्लाज्मा मॉड्यूलेटर जैसे मौजूदा इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्लेटफॉर्म के सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन के बराबर है। भविष्य में, अधिक जटिल का उपयोग करकेआईक्यू मॉड्यूलेटरडिजाइन या अधिक उन्नत सिग्नल त्रुटि सुधार तकनीक, या क्वार्ट्ज सब्सट्रेट जैसे कम माइक्रोवेव हानि सब्सट्रेट का उपयोग करके, लिथियम टैंटलेट डिवाइस से 2 Tbit/s या उससे अधिक की संचार दर प्राप्त करने की उम्मीद है। LTOI के विशिष्ट लाभों, जैसे कम द्विध्रुवीयता और अन्य RF फ़िल्टर बाज़ारों में इसके व्यापक अनुप्रयोग के कारण स्केल प्रभाव के साथ, लिथियम टैंटलेट फोटोनिक्स तकनीक अगली पीढ़ी के उच्च गति वाले ऑप्टिकल संचार नेटवर्क और माइक्रोवेव फोटोनिक्स सिस्टम के लिए कम लागत, कम बिजली और अल्ट्रा-हाई-स्पीड समाधान प्रदान करेगी।
पोस्ट करने का समय: दिसम्बर-11-2024