ઉચ્ચ સંકલિત પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર

ઉચ્ચ રેખીયતાઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરઅને માઇક્રોવેવ ફોટોન એપ્લિકેશન
સંદેશાવ્યવહાર પ્રણાલીઓની વધતી જતી જરૂરિયાતો સાથે, સિગ્નલોની ટ્રાન્સમિશન કાર્યક્ષમતામાં વધુ સુધારો કરવા માટે, લોકો પૂરક લાભો હાંસલ કરવા માટે ફોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનને ફ્યુઝ કરશે અને માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સનો જન્મ થશે. વીજળીના પ્રકાશમાં રૂપાંતર કરવા માટે ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરની જરૂર છેમાઇક્રોવેવ ફોટોનિક સિસ્ટમ્સ, અને આ મુખ્ય પગલું સામાન્ય રીતે સમગ્ર સિસ્ટમની કામગીરી નક્કી કરે છે. રેડિયો ફ્રીક્વન્સી સિગ્નલનું ઓપ્ટિકલ ડોમેનમાં રૂપાંતર એ એનાલોગ સિગ્નલ પ્રક્રિયા છે, અને સામાન્યઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટર્સસહજ બિનરેખીયતા છે, રૂપાંતરણ પ્રક્રિયામાં ગંભીર સંકેત વિકૃતિ છે. અંદાજિત રેખીય મોડ્યુલેશન હાંસલ કરવા માટે, મોડ્યુલેટરનું ઓપરેટિંગ પોઈન્ટ સામાન્ય રીતે ઓર્થોગોનલ બાયસ પોઈન્ટ પર નિશ્ચિત હોય છે, પરંતુ તે હજુ પણ મોડ્યુલેટરની રેખીયતા માટે માઇક્રોવેવ ફોટોન લિંકની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકતું નથી. ઉચ્ચ રેખીયતા સાથે ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરની તાત્કાલિક જરૂર છે.

સિલિકોન સામગ્રીનું હાઇ-સ્પીડ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ મોડ્યુલેશન સામાન્ય રીતે ફ્રી કેરિયર પ્લાઝ્મા ડિસ્પરઝન (FCD) અસર દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે. FCD અસર અને PN જંકશન મોડ્યુલેશન બંને બિનરેખીય છે, જે સિલિકોન મોડ્યુલેટરને લિથિયમ નિયોબેટ મોડ્યુલેટર કરતા ઓછા રેખીય બનાવે છે. લિથિયમ નિયોબેટ સામગ્રી ઉત્તમ પ્રદર્શન કરે છેઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેશનતેમની પકર અસરને કારણે ગુણધર્મો. તે જ સમયે, લિથિયમ નિયોબેટ સામગ્રીમાં મોટી બેન્ડવિડ્થ, સારી મોડ્યુલેશન લાક્ષણિકતાઓ, ઓછી ખોટ, સરળ એકીકરણ અને સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયા સાથે સુસંગતતા, સિલિકોનની તુલનામાં ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટર બનાવવા માટે પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટનો ઉપયોગ જેવા ફાયદા છે. લગભગ કોઈ "શોર્ટ પ્લેટ" નથી, પણ ઉચ્ચ રેખીયતા પ્રાપ્ત કરવા માટે. ઇન્સ્યુલેટર પર પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ (LNOI) ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર વિકાસની આશાસ્પદ દિશા બની છે. પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ મટીરીયલ તૈયારી ટેકનોલોજી અને વેવગાઈડ એચીંગ ટેકનોલોજીના વિકાસ સાથે, ઉચ્ચ રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા અને પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરનું ઉચ્ચ સંકલન આંતરરાષ્ટ્રીય શૈક્ષણિક અને ઉદ્યોગનું ક્ષેત્ર બની ગયું છે.

પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટની લાક્ષણિકતાઓ
યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં ડીએપી એઆર પ્લાનિંગ દ્વારા લિથિયમ નિયોબેટ સામગ્રીનું નીચે મુજબનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું છે: જો ઇલેક્ટ્રોનિક ક્રાંતિના કેન્દ્રનું નામ સિલિકોન સામગ્રીના આધારે રાખવામાં આવ્યું છે જે તેને શક્ય બનાવે છે, તો ફોટોનિક્સ ક્રાંતિના જન્મસ્થળનું નામ લિથિયમ નિયોબેટના નામ પર રાખવામાં આવે તેવી શક્યતા છે. . આ એટલા માટે છે કારણ કે લિથિયમ નિયોબેટ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ અસર, એકોસ્ટો-ઓપ્ટિકલ અસર, પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર, થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર અને ફોટોરેફ્રેક્ટિવ અસરને એકમાં એકીકૃત કરે છે, જેમ કે ઓપ્ટિક્સના ક્ષેત્રમાં સિલિકોન સામગ્રી.

ઓપ્ટિકલ ટ્રાન્સમિશન લાક્ષણિકતાઓના સંદર્ભમાં, સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા 1550nm બેન્ડમાં પ્રકાશના શોષણને કારણે InP સામગ્રીમાં સૌથી વધુ ઓન-ચિપ ટ્રાન્સમિશન નુકશાન છે. SiO2 અને સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ શ્રેષ્ઠ ટ્રાન્સમિશન લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે, અને નુકસાન ~ 0.01dB/cm ના સ્તર સુધી પહોંચી શકે છે; હાલમાં, પાતળી-ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ વેવગાઇડની ખોટ 0.03dB/cm ના સ્તર સુધી પહોંચી શકે છે, અને પાતળા-ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ વેવગાઇડની ખોટમાં તકનીકી સ્તરના સતત સુધારણા સાથે વધુ ઘટાડવાની સંભાવના છે. ભવિષ્ય તેથી, પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ સામગ્રી પ્રકાશસંશ્લેષણ પાથ, શંટ અને માઇક્રોરિંગ જેવા નિષ્ક્રિય પ્રકાશ માળખા માટે સારું પ્રદર્શન બતાવશે.

પ્રકાશ જનરેશનના સંદર્ભમાં, ફક્ત InP પાસે જ પ્રકાશને સીધો ઉત્સર્જિત કરવાની ક્ષમતા છે; તેથી, માઇક્રોવેવ ફોટોનનો ઉપયોગ કરવા માટે, બેકલોડિંગ વેલ્ડીંગ અથવા એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિના માર્ગે LNOI આધારિત ફોટોનિક ઇન્ટિગ્રેટેડ ચિપ પર InP આધારિત પ્રકાશ સ્ત્રોતનો પરિચય કરાવવો જરૂરી છે. લાઇટ મોડ્યુલેશનના સંદર્ભમાં, ઉપર ભાર મૂકવામાં આવ્યો છે કે પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ સામગ્રી મોટી મોડ્યુલેશન બેન્ડવિડ્થ, નીચા હાફ-વેવ વોલ્ટેજ અને InP અને Si કરતાં નીચા ટ્રાન્સમિશન નુકશાનને પ્રાપ્ત કરવા માટે સરળ છે. તદુપરાંત, પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ સામગ્રીના ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેશનની ઉચ્ચ રેખીયતા તમામ માઇક્રોવેવ ફોટોન એપ્લિકેશનો માટે આવશ્યક છે.

ઓપ્ટિકલ રૂટીંગના સંદર્ભમાં, પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ સામગ્રીનો હાઇ સ્પીડ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ પ્રતિભાવ LNOI આધારિત ઓપ્ટિકલ સ્વીચને હાઇ-સ્પીડ ઓપ્ટિકલ રૂટીંગ સ્વિચિંગ માટે સક્ષમ બનાવે છે અને આવા હાઇ-સ્પીડ સ્વિચિંગનો પાવર વપરાશ પણ ખૂબ ઓછો છે. સંકલિત માઇક્રોવેવ ફોટોન ટેક્નોલૉજીની લાક્ષણિક એપ્લિકેશન માટે, ઑપ્ટિકલી નિયંત્રિત બીમફોર્મિંગ ચિપમાં ઝડપી બીમ સ્કેનીંગની જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે હાઇ-સ્પીડ સ્વિચિંગની ક્ષમતા હોય છે, અને અલ્ટ્રા-લો પાવર વપરાશની લાક્ષણિકતાઓ મોટી જરૂરિયાતોને સારી રીતે સ્વીકારવામાં આવે છે. -સ્કેલ તબક્કાવાર એરે સિસ્ટમ. જોકે InP આધારિત ઓપ્ટિકલ સ્વીચ હાઇ-સ્પીડ ઓપ્ટિકલ પાથ સ્વિચિંગને પણ અનુભવી શકે છે, તે મોટા અવાજને રજૂ કરશે, ખાસ કરીને જ્યારે બહુસ્તરીય ઓપ્ટિકલ સ્વીચ કાસ્કેડ કરવામાં આવે છે, ત્યારે અવાજ ગુણાંક ગંભીર રીતે બગડશે. સિલિકોન, SiO2 અને સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ સામગ્રીઓ માત્ર થર્મો-ઓપ્ટિકલ અસર અથવા વાહક વિક્ષેપ અસર દ્વારા ઓપ્ટિકલ પાથને સ્વિચ કરી શકે છે, જેમાં ઉચ્ચ પાવર વપરાશ અને ધીમી સ્વિચિંગ ઝડપના ગેરફાયદા છે. જ્યારે તબક્કાવાર એરેનું એરેનું કદ મોટું હોય છે, ત્યારે તે પાવર વપરાશની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકતું નથી.

ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફિકેશનની દ્રષ્ટિએ, ધસેમિકન્ડક્ટર ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર (SOA) InP પર આધારિત વ્યવસાયિક ઉપયોગ માટે પરિપક્વ છે, પરંતુ તેમાં ઉચ્ચ અવાજ ગુણાંક અને ઓછી સંતૃપ્તિ આઉટપુટ પાવરના ગેરફાયદા છે, જે માઇક્રોવેવ ફોટોન લાગુ કરવા માટે અનુકૂળ નથી. સામયિક સક્રિયકરણ અને વ્યુત્ક્રમ પર આધારિત પાતળી-ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ વેવગાઇડની પેરામેટ્રિક એમ્પ્લીફિકેશન પ્રક્રિયા ઓછી અવાજ અને ઉચ્ચ શક્તિ ઓન-ચિપ ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફિકેશન હાંસલ કરી શકે છે, જે ઓન-ચીપ ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફિકેશન માટે સંકલિત માઇક્રોવેવ ફોટોન ટેકનોલોજીની જરૂરિયાતોને સારી રીતે પૂરી કરી શકે છે.

પ્રકાશ શોધની દ્રષ્ટિએ, પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ 1550 એનએમ બેન્ડમાં પ્રકાશમાં સારી ટ્રાન્સમિશન લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે. ફોટોઇલેક્ટ્રિક રૂપાંતરણનું કાર્ય સાકાર થઈ શકતું નથી, તેથી માઇક્રોવેવ ફોટોન એપ્લિકેશન માટે, ચિપ પર ફોટોઇલેક્ટ્રિક રૂપાંતરની જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે. InGaAs અથવા Ge-Si ડિટેક્શન યુનિટને LNOI આધારિત ફોટોનિક ઇન્ટિગ્રેટેડ ચિપ્સ પર બેકલોડિંગ વેલ્ડીંગ અથવા એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ દ્વારા રજૂ કરવાની જરૂર છે. ઓપ્ટિકલ ફાઈબર સાથેના જોડાણની દ્રષ્ટિએ, કારણ કે ઓપ્ટિકલ ફાઈબર પોતે SiO2 સામગ્રી છે, SiO2 વેવગાઈડનું મોડ ફીલ્ડ ઓપ્ટિકલ ફાઈબરના મોડ ફીલ્ડ સાથે સૌથી વધુ મેચિંગ ડિગ્રી ધરાવે છે, અને કપલિંગ સૌથી અનુકૂળ છે. પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટના મજબૂત પ્રતિબંધિત વેવગાઈડનો મોડ ફીલ્ડ વ્યાસ લગભગ 1μm છે, જે ઓપ્ટિકલ ફાઈબરના મોડ ફીલ્ડથી તદ્દન અલગ છે, તેથી ઓપ્ટિકલ ફાઈબરના મોડ ફીલ્ડ સાથે મેચ કરવા માટે યોગ્ય મોડ સ્પોટ ટ્રાન્સફોર્મેશન હાથ ધરવામાં આવવું જોઈએ.

એકીકરણની દ્રષ્ટિએ, વિવિધ સામગ્રીઓમાં ઉચ્ચ સંકલન સંભવિત છે કે કેમ તે મુખ્યત્વે વેવગાઇડની બેન્ડિંગ ત્રિજ્યા (વેવગાઇડ મોડ ફીલ્ડની મર્યાદાથી પ્રભાવિત) પર આધાર રાખે છે. મજબૂત રીતે પ્રતિબંધિત વેવગાઇડ નાના બેન્ડિંગ ત્રિજ્યાને મંજૂરી આપે છે, જે ઉચ્ચ એકીકરણની અનુભૂતિ માટે વધુ અનુકૂળ છે. તેથી, પાતળા-ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ વેવગાઇડ્સમાં ઉચ્ચ એકીકરણ પ્રાપ્ત કરવાની ક્ષમતા છે. તેથી, પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિઓબેટનો દેખાવ લિથિયમ નિયોબેટ સામગ્રી માટે ખરેખર ઓપ્ટિકલ "સિલિકોન" ની ભૂમિકા ભજવવાનું શક્ય બનાવે છે. માઇક્રોવેવ ફોટોનનો ઉપયોગ કરવા માટે, પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટના ફાયદા વધુ સ્પષ્ટ છે.