लिथियम टैंटलेट (LTOI) उच्च गतिइलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर
वैश्विक डेटा ट्रैफ़िक में वृद्धि जारी है, जो 5G और कृत्रिम बुद्धिमत्ता (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 है। पिछले कुछ वर्षों में, ऑप्टिकल ट्रांसीवर बाजार में सिलिकॉन फोटोनिक्स तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, मुख्यतः इस तथ्य के कारण कि सिलिकॉन फोटोनिक्स को परिपक्व CMOS प्रक्रिया का उपयोग करके बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जा सकता है। हालांकि, वाहक फैलाव पर निर्भर करने वाले SOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर बैंडविड्थ, बिजली की खपत, मुक्त वाहक अवशोषण और मॉड्यूलेशन नॉनलाइनियरिटी में बड़ी चुनौतियों का सामना करते हैं। एलएनओआई को अल्ट्रा-हाई स्पीड और लो पावर मॉड्यूलेशन में सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन प्राप्त करने वाला समाधान माना जाता है, हालाँकि, वर्तमान में बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रक्रिया और लागत के संदर्भ में इसमें कुछ चुनौतियाँ हैं। हाल ही में, टीम ने उत्कृष्ट फोटोइलेक्ट्रिक गुणों और बड़े पैमाने पर विनिर्माण के साथ एक पतली फिल्म लिथियम टैंटलेट (एलटीओआई) एकीकृत फोटोनिक प्लेटफ़ॉर्म लॉन्च किया है, जिसके कई अनुप्रयोगों में लिथियम नाइओबेट और सिलिकॉन ऑप्टिकल प्लेटफ़ॉर्म के प्रदर्शन से मेल खाने या उससे भी बेहतर प्रदर्शन करने की उम्मीद है। हालाँकि, अब तक, इसका 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 डिज़ाइन किया, जिसकी संरचना चित्र 1 में दिखाई गई है। इन्सुलेटर पर लिथियम टैंटलेट 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 होता है। माइक्रोवेव इलेक्ट्रोड की हानि को कम करने के संदर्भ में, इस कार्य में शोधकर्ताओं ने पहली बार बेहतर चालकता वाली इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में चांदी के उपयोग का प्रस्ताव रखा, और व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले सोने के इलेक्ट्रोड की तुलना में चांदी के इलेक्ट्रोड ने माइक्रोवेव हानि को 82% तक कम कर दिया।
चित्र 1 एलटीओआई इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर संरचना, चरण मिलान डिजाइन, माइक्रोवेव इलेक्ट्रोड हानि परीक्षण।
चित्र 2 में LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर के प्रायोगिक उपकरण और परिणाम दिखाए गए हैंतीव्रता संशोधितऑप्टिकल संचार प्रणालियों में प्रत्यक्ष संसूचन (IMDD) का उपयोग किया गया है। प्रयोगों से पता चलता है कि LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर, PAM8 संकेतों को 176 GBd की साइन दर पर प्रसारित कर सकता है, जिसका मापा गया BER 25% SD-FEC सीमा से 3.8×10⁻² कम 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 दिए गए नेत्र और हिस्टोग्राम परीक्षण के परिणाम दृष्टिगत 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 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 GHz की 3 dB बैंडविड्थ वाले पहले उच्च-गति वाले LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर को प्रदर्शित करता है। तीव्रता मॉड्यूलेशन प्रत्यक्ष संसूचन IMDD संचरण प्रयोगों में, यह उपकरण 405 Gbit/s की एकल वाहक शुद्ध डेटा दर प्राप्त करता है, जो LNOI और प्लाज्मा मॉड्यूलेटर जैसे मौजूदा इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्लेटफ़ॉर्म के सर्वोत्तम प्रदर्शन के बराबर है। भविष्य में, अधिक जटिल का उपयोग करकेआईक्यू मॉड्यूलेटरडिज़ाइनों या अधिक उन्नत सिग्नल त्रुटि सुधार तकनीकों, या क्वार्ट्ज़ सब्सट्रेट जैसे कम माइक्रोवेव हानि वाले सब्सट्रेट्स 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 कम द्विअपवर्तन और अन्य RF फ़िल्टर बाज़ारों में इसके व्यापक अनुप्रयोग के कारण स्केल प्रभाव, के साथ, लिथियम टैंटलेट फ़ोटोनिक्स तकनीक अगली पीढ़ी के उच्च-गति वाले ऑप्टिकल संचार नेटवर्क और माइक्रोवेव फ़ोटोनिक्स प्रणालियों के लिए कम लागत, कम-शक्ति और अति-उच्च-गति वाले समाधान प्रदान करेगी।
पोस्ट करने का समय: 11-दिसंबर-2024