लिथियम टैंटलेट (LTOI) उच्च गतिइलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर
5G और कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) जैसी नई तकनीकों के व्यापक उपयोग के कारण वैश्विक डेटा ट्रैफ़िक में लगातार वृद्धि हो रही है, जिससे ऑप्टिकल नेटवर्क के सभी स्तरों पर ट्रांससीवर के लिए महत्वपूर्ण चुनौतियाँ खड़ी हो रही हैं। विशेष रूप से, अगली पीढ़ी की इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर तकनीक के लिए ऊर्जा खपत और लागत को कम करते हुए एकल चैनल में डेटा स्थानांतरण दर को 200 Gbps तक बढ़ाने की आवश्यकता है। पिछले कुछ वर्षों में, सिलिकॉन फोटोनिक्स तकनीक का ऑप्टिकल ट्रांससीवर बाजार में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, मुख्य रूप से इसलिए क्योंकि परिपक्व CMOS प्रक्रिया का उपयोग करके सिलिकॉन फोटोनिक्स का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है। हालांकि, कैरियर फैलाव पर निर्भर SOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर बैंडविड्थ, बिजली खपत, मुक्त कैरियर अवशोषण और मॉड्यूलेशन अरैखिकता जैसी बड़ी चुनौतियों का सामना करते हैं। उद्योग में अन्य तकनीकी विकल्पों में InP, थिन फिल्म लिथियम नायोबेट LNOI, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल पॉलिमर और अन्य मल्टी-प्लेटफ़ॉर्म हेटरोजेनियस इंटीग्रेशन समाधान शामिल हैं। LNOI को अल्ट्रा-हाई स्पीड और लो पावर मॉड्यूलेशन में सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन प्राप्त करने वाला समाधान माना जाता है, हालांकि, वर्तमान में इसके बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रक्रिया और लागत के संदर्भ में कुछ चुनौतियां हैं। हाल ही में, टीम ने उत्कृष्ट फोटोइलेक्ट्रिक गुणों और बड़े पैमाने पर उत्पादन क्षमता वाले एक पतली फिल्म लिथियम टैंटलेट (LTOI) एकीकृत फोटोनिक प्लेटफॉर्म को लॉन्च किया है, जिससे कई अनुप्रयोगों में लिथियम नायोबेट और सिलिकॉन ऑप्टिकल प्लेटफॉर्म के प्रदर्शन के बराबर या उससे भी बेहतर प्रदर्शन की उम्मीद है। हालांकि, अभी तक, कोर डिवाइसऑप्टिकल संचारअल्ट्रा-हाई स्पीड इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का LTOI में सत्यापन नहीं हुआ है।
इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने सबसे पहले एलटीओआई इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर को डिज़ाइन किया, जिसकी संरचना चित्र 1 में दिखाई गई है। इंसुलेटर पर लिथियम टैंटलेट की प्रत्येक परत की संरचना और माइक्रोवेव इलेक्ट्रोड के मापदंडों के डिज़ाइन के माध्यम से, माइक्रोवेव और प्रकाश तरंग के प्रसार की गति को मिलान किया गया।इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटरयह बात साकार हो चुकी है। माइक्रोवेव इलेक्ट्रोड के नुकसान को कम करने के संदर्भ में, इस शोध कार्य में शोधकर्ताओं ने पहली बार बेहतर चालकता वाले इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में चांदी के उपयोग का प्रस्ताव दिया है, और यह दिखाया गया है कि चांदी का इलेक्ट्रोड व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले सोने के इलेक्ट्रोड की तुलना में माइक्रोवेव नुकसान को 82% तक कम कर देता है।
चित्र 1. एलटीओआई इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर संरचना, फेज मैचिंग डिजाइन, माइक्रोवेव इलेक्ट्रोड हानि परीक्षण।
चित्र 2 में एलटीओआई इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर के प्रायोगिक उपकरण और परिणाम दर्शाए गए हैं।तीव्रता मॉड्यूलेटेडऑप्टिकल संचार प्रणालियों में प्रत्यक्ष पहचान (IMDD) का अध्ययन किया गया। प्रयोगों से पता चलता है कि LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर 176 GBd की सिग्नल दर पर PAM8 सिग्नल संचारित कर सकता है, जिसका मापा गया BER 3.8×10⁻² है और यह 25% SD-FEC सीमा से नीचे है। 200 GBd PAM4 और 208 GBd PAM2 दोनों के लिए, BER क्रमशः 15% SD-FEC और 7% HD-FEC की सीमा से काफी कम था। चित्र 3 में नेत्र परीक्षण और हिस्टोग्राम परीक्षण के परिणाम स्पष्ट रूप से दर्शाते हैं कि LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का उपयोग उच्च रैखिकता और कम बिट त्रुटि दर के साथ उच्च गति संचार प्रणालियों में किया जा सकता है।
चित्र 2. एलटीओआई इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का उपयोग करके किया गया प्रयोगतीव्रता नियंत्रितऑप्टिकल संचार प्रणाली में प्रत्यक्ष पहचान (IMDD): (a) प्रायोगिक उपकरण; (b) साइन दर के 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 के साथ मापन के लिए निकाली गई उपयोगी सूचना दर (AIR, डैश वाली रेखा) और संबंधित शुद्ध डेटा दर (NDR, ठोस रेखा); (d) PAM2, PAM4, PAM8 मॉड्यूलेशन के तहत आई मैप और सांख्यिकीय हिस्टोग्राम।
यह शोध 110 GHz की 3 dB बैंडविड्थ वाले पहले हाई-स्पीड LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का प्रदर्शन करता है। इंटेंसिटी मॉड्यूलेशन डायरेक्ट डिटेक्शन (IMDD) ट्रांसमिशन प्रयोगों में, यह उपकरण 405 Gbit/s की सिंगल कैरियर नेट डेटा दर प्राप्त करता है, जो LNOI और प्लाज्मा मॉड्यूलेटर जैसे मौजूदा इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्लेटफॉर्म के सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन के बराबर है। भविष्य में, अधिक जटिल तकनीकों का उपयोग करके,आईक्यू मॉड्युलेटरबेहतर डिज़ाइन या अधिक उन्नत सिग्नल त्रुटि सुधार तकनीकों का उपयोग करके, या क्वार्ट्ज़ सबस्ट्रेट्स जैसे कम माइक्रोवेव हानि वाले सबस्ट्रेट्स का उपयोग करके, लिथियम टैंटलेट उपकरणों से 2 Tbit/s या उससे अधिक की संचार दर प्राप्त करने की उम्मीद है। LTOI के विशिष्ट लाभों, जैसे कि कम द्विअपवर्तन और अन्य RF फ़िल्टर बाज़ारों में इसके व्यापक अनुप्रयोग के कारण स्केल प्रभाव, के साथ मिलकर, लिथियम टैंटलेट फोटोनिक्स तकनीक अगली पीढ़ी के उच्च-गति वाले ऑप्टिकल संचार नेटवर्क और माइक्रोवेव फोटोनिक्स सिस्टम के लिए कम लागत, कम बिजली खपत और अति-उच्च गति समाधान प्रदान करेगी।
पोस्ट करने का समय: 11 दिसंबर 2024