લિથિયમ ટેન્ટાલેટ (LTOI) હાઇ સ્પીડ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર

લિથિયમ ટેન્ટાલેટ (LTOI) હાઇ સ્પીડઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર

5G અને આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ (AI) જેવી નવી ટેક્નોલોજીના વ્યાપક સ્વીકાર દ્વારા સંચાલિત વૈશ્વિક ડેટા ટ્રાફિક સતત વધતો જાય છે, જે ઓપ્ટિકલ નેટવર્કના તમામ સ્તરે ટ્રાન્સસીવર્સ માટે નોંધપાત્ર પડકારો ઉભો કરે છે. ખાસ કરીને, નેક્સ્ટ જનરેશન ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર ટેક્નોલોજીને ઊર્જા વપરાશ અને ખર્ચમાં ઘટાડો કરતી વખતે એક ચેનલમાં 200 Gbps સુધી ડેટા ટ્રાન્સફર રેટમાં નોંધપાત્ર વધારો કરવાની જરૂર છે. છેલ્લા કેટલાક વર્ષોમાં, ઓપ્ટિકલ ટ્રાન્સસીવર માર્કેટમાં સિલિકોન ફોટોનિક્સ ટેક્નોલોજીનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, મુખ્યત્વે એ હકીકતને કારણે કે સિલિકોન ફોટોનિક્સ પુખ્ત CMOS પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને મોટા પાયે ઉત્પાદન કરી શકાય છે. જો કે, SOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર કે જેઓ કેરિયર ડિસ્પર્ઝન પર આધાર રાખે છે તેઓ બેન્ડવિડ્થ, પાવર વપરાશ, ફ્રી કેરિયર શોષણ અને મોડ્યુલેશન નોનલાઇનરીટીમાં મોટા પડકારોનો સામનો કરે છે. ઉદ્યોગમાં અન્ય તકનીકી માર્ગોમાં InP, પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ LNOI, ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ પોલિમર અને અન્ય મલ્ટી-પ્લેટફોર્મ વિજાતીય એકીકરણ ઉકેલોનો સમાવેશ થાય છે. LNOI એ ઉકેલ તરીકે ગણવામાં આવે છે જે અલ્ટ્રા-હાઈ સ્પીડ અને લો પાવર મોડ્યુલેશનમાં શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન હાંસલ કરી શકે છે, જો કે, તે હાલમાં મોટા પાયે ઉત્પાદન પ્રક્રિયા અને ખર્ચના સંદર્ભમાં કેટલાક પડકારો ધરાવે છે. તાજેતરમાં, ટીમે ઉત્કૃષ્ટ ફોટોઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મો અને મોટા પાયે ઉત્પાદન સાથે પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ ટેન્ટાલેટ (LTOI) સંકલિત ફોટોનિક પ્લેટફોર્મ લોન્ચ કર્યું છે, જે ઘણી એપ્લિકેશન્સમાં લિથિયમ નિયોબેટ અને સિલિકોન ઓપ્ટિકલ પ્લેટફોર્મની કામગીરી સાથે મેળ ખાશે અથવા તો તેનાથી વધુ થવાની અપેક્ષા છે. જો કે, અત્યાર સુધી, ના મુખ્ય ઉપકરણઓપ્ટિકલ સંચાર, અલ્ટ્રા-હાઇ સ્પીડ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર, LTOI માં ચકાસવામાં આવ્યું નથી.

આ અભ્યાસમાં, સંશોધકોએ સૌપ્રથમ LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર ડિઝાઇન કર્યું, જેનું માળખું આકૃતિ 1 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ઇન્સ્યુલેટર પર લિથિયમ ટેન્ટાલેટના દરેક સ્તરની રચનાની ડિઝાઇન અને માઇક્રોવેવ ઇલેક્ટ્રોડના પરિમાણો દ્વારા, પ્રચાર માં માઇક્રોવેવ અને લાઇટ વેવની ઝડપ મેચિંગઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરઅનુભૂતિ થાય છે. માઇક્રોવેવ ઇલેક્ટ્રોડના નુકસાનને ઘટાડવાના સંદર્ભમાં, આ કાર્યમાં સંશોધકોએ પ્રથમ વખત વધુ સારી વાહકતા સાથે ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી તરીકે ચાંદીના ઉપયોગની દરખાસ્ત કરી હતી, અને સિલ્વર ઇલેક્ટ્રોડ માઇક્રોવેવના નુકસાનને 82% સુધી ઘટાડવા માટે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા ગોલ્ડ ઇલેક્ટ્રોડ.

અંજીર. 1 LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર માળખું, તબક્કા મેચિંગ ડિઝાઇન, માઇક્રોવેવ ઇલેક્ટ્રોડ નુકશાન પરીક્ષણ.

અંજીર. 2 પ્રાયોગિક ઉપકરણ અને LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરના પરિણામો બતાવે છેતીવ્રતા મોડ્યુલેટેડઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સમાં ડાયરેક્ટ ડિટેક્શન (IMDD). પ્રયોગો દર્શાવે છે કે LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર 25% SD-FEC થ્રેશોલ્ડની નીચે 3.8×10⁻² ના માપેલા BER સાથે 176 GBd ના સાઇન રેટ પર PAM8 સિગ્નલો ટ્રાન્સમિટ કરી શકે છે. 200 GBd PAM4 અને 208 GBd PAM2 બંને માટે, BER 15% SD-FEC અને 7% HD-FEC ની થ્રેશોલ્ડ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે નીચું હતું. આકૃતિ 3 માં આંખ અને હિસ્ટોગ્રામ પરીક્ષણ પરિણામો દૃષ્ટિની રીતે દર્શાવે છે કે LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરનો ઉપયોગ ઉચ્ચ રેખીયતા અને નીચા બીટ ભૂલ દર સાથે હાઇ-સ્પીડ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સમાં થઈ શકે છે.

અંજીર. 2 માટે LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરનો ઉપયોગ કરીને પ્રયોગ કરોતીવ્રતા મોડ્યુલેટેડઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમમાં ડાયરેક્ટ ડિટેક્શન (IMDD) (a) પ્રાયોગિક ઉપકરણ; (b) સાઇન રેટના કાર્ય તરીકે PAM8(લાલ), PAM4(લીલો) અને PAM2(વાદળી) સિગ્નલોનો માપેલ બીટ એરર રેટ (BER); (c) 25% SD-FEC મર્યાદાથી નીચેના બીટ-એરર રેટ મૂલ્યો સાથે માપન માટે એક્સટ્રેક્ટેડ યુઝેબલ ઇન્ફર્મેશન રેટ (AIR, ડેશ્ડ લાઇન) અને સંકળાયેલ નેટ ડેટા રેટ (NDR, સોલિડ લાઇન); (d) PAM2, PAM4, PAM8 મોડ્યુલેશન હેઠળ આંખના નકશા અને આંકડાકીય હિસ્ટોગ્રામ.

આ કાર્ય 110 GHz ની 3 dB બેન્ડવિડ્થ સાથે પ્રથમ હાઇ-સ્પીડ LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર દર્શાવે છે. તીવ્રતા મોડ્યુલેશન ડાયરેક્ટ ડિટેક્શન IMDD ટ્રાન્સમિશન પ્રયોગોમાં, ઉપકરણ 405 Gbit/s નો સિંગલ કેરિયર નેટ ડેટા રેટ હાંસલ કરે છે, જે હાલના ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ પ્લેટફોર્મ જેમ કે LNOI અને પ્લાઝ્મા મોડ્યુલેટર્સના શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન સાથે તુલનાત્મક છે. ભવિષ્યમાં, વધુ જટિલ ઉપયોગ કરીનેIQ મોડ્યુલેટરડિઝાઇન અથવા વધુ અદ્યતન સિગ્નલ ભૂલ સુધારણા તકનીકો, અથવા ક્વાર્ટઝ સબસ્ટ્રેટ જેવા નીચા માઇક્રોવેવ લોસ સબસ્ટ્રેટનો ઉપયોગ કરીને, લિથિયમ ટેન્ટાલેટ ઉપકરણો 2 Tbit/s અથવા તેથી વધુના સંચાર દરો પ્રાપ્ત કરે તેવી અપેક્ષા છે. LTOI ના વિશિષ્ટ ફાયદાઓ, જેમ કે અન્ય RF ફિલ્ટર બજારોમાં તેની વ્યાપક એપ્લિકેશનને કારણે નીચી બાયરફ્રિન્જન્સ અને સ્કેલ અસર સાથે સંયુક્ત, લિથિયમ ટેન્ટાલેટ ફોટોનિક્સ ટેક્નોલોજી આગામી પેઢીના ઉચ્ચ માટે ઓછા ખર્ચે, ઓછી શક્તિ અને અલ્ટ્રા-હાઈ-સ્પીડ સોલ્યુશન્સ પ્રદાન કરશે. -સ્પીડ ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક્સ અને માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ સિસ્ટમ્સ.