લિથિયમ ટેન્ટાલેટ (LTOI) હાઇ સ્પીડઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર
5G અને આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ (AI) જેવી નવી ટેકનોલોજીના વ્યાપક અપનાવણને કારણે વૈશ્વિક ડેટા ટ્રાફિક સતત વધી રહ્યો છે, જે ઓપ્ટિકલ નેટવર્કના તમામ સ્તરે ટ્રાન્સસીવર્સ માટે નોંધપાત્ર પડકારો ઉભા કરે છે. ખાસ કરીને, આગામી પેઢીના ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર ટેકનોલોજી માટે એક જ ચેનલમાં ડેટા ટ્રાન્સફર દરમાં 200 Gbps સુધી નોંધપાત્ર વધારો કરવાની જરૂર છે જ્યારે ઉર્જા વપરાશ અને ખર્ચમાં ઘટાડો થાય છે. છેલ્લા કેટલાક વર્ષોમાં, સિલિકોન ફોટોનિક્સ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ ઓપ્ટિકલ ટ્રાન્સસીવર માર્કેટમાં વ્યાપકપણે કરવામાં આવ્યો છે, મુખ્યત્વે પરિપક્વ CMOS પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને સિલિકોન ફોટોનિક્સનું મોટા પાયે ઉત્પાદન કરી શકાય છે તે હકીકતને કારણે. જો કે, SOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર જે કેરિયર ડિસ્પરઝન પર આધાર રાખે છે તેઓ બેન્ડવિડ્થ, પાવર વપરાશ, ફ્રી કેરિયર શોષણ અને મોડ્યુલેશન નોનલાઇનરિટીમાં મોટા પડકારોનો સામનો કરે છે. ઉદ્યોગમાં અન્ય ટેકનોલોજી રૂટ્સમાં InP, થિન ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ LNOI, ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ પોલિમર્સ અને અન્ય મલ્ટી-પ્લેટફોર્મ હેટેરોજેનિઅસ ઇન્ટિગ્રેશન સોલ્યુશન્સનો સમાવેશ થાય છે. LNOI ને અલ્ટ્રા-હાઇ સ્પીડ અને લો પાવર મોડ્યુલેશનમાં શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન પ્રાપ્ત કરી શકે તેવા ઉકેલ તરીકે ગણવામાં આવે છે, જો કે, હાલમાં તેની પાસે મોટા પાયે ઉત્પાદન પ્રક્રિયા અને ખર્ચના સંદર્ભમાં કેટલાક પડકારો છે. તાજેતરમાં, ટીમે ઉત્તમ ફોટોઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મો અને મોટા પાયે ઉત્પાદન સાથે એક પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ ટેન્ટાલેટ (LTOI) સંકલિત ફોટોનિક પ્લેટફોર્મ લોન્ચ કર્યું છે, જે ઘણી એપ્લિકેશનોમાં લિથિયમ નિયોબેટ અને સિલિકોન ઓપ્ટિકલ પ્લેટફોર્મના પ્રદર્શન સાથે મેળ ખાય છે અથવા તેનાથી પણ વધુ હોવાની અપેક્ષા છે. જો કે, અત્યાર સુધી, મુખ્ય ઉપકરણઓપ્ટિકલ કમ્યુનિકેશન, અલ્ટ્રા-હાઈ સ્પીડ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર, LTOI માં ચકાસાયેલ નથી.
આ અભ્યાસમાં, સંશોધકોએ સૌપ્રથમ LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર ડિઝાઇન કર્યું, જેની રચના આકૃતિ 1 માં બતાવવામાં આવી છે. ઇન્સ્યુલેટર પર લિથિયમ ટેન્ટાલેટના દરેક સ્તરની રચનાની ડિઝાઇન અને માઇક્રોવેવ ઇલેક્ટ્રોડના પરિમાણો દ્વારા, માઇક્રોવેવ અને પ્રકાશ તરંગના પ્રસાર ગતિ મેળ ખાય છે.ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરમાઇક્રોવેવ ઇલેક્ટ્રોડના નુકસાનને ઘટાડવાના સંદર્ભમાં, આ કાર્યમાં સંશોધકોએ પ્રથમ વખત ચાંદીનો ઉપયોગ વધુ સારી વાહકતા સાથે ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી તરીકે કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો, અને ચાંદીના ઇલેક્ટ્રોડ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા સોનાના ઇલેક્ટ્રોડની તુલનામાં માઇક્રોવેવ નુકસાનને 82% સુધી ઘટાડી શકે છે તે દર્શાવવામાં આવ્યું.
આકૃતિ 1 LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર માળખું, ફેઝ મેચિંગ ડિઝાઇન, માઇક્રોવેવ ઇલેક્ટ્રોડ નુકશાન પરીક્ષણ.
આકૃતિ 2 માં LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરના પ્રાયોગિક ઉપકરણ અને પરિણામો દર્શાવવામાં આવ્યા છેતીવ્રતા મોડ્યુલેટેડઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સમાં ડાયરેક્ટ ડિટેક્શન (IMDD). પ્રયોગો દર્શાવે છે કે LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર 25% SD-FEC થ્રેશોલ્ડથી નીચે 3.8×10⁻² માપેલ 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 ના થ્રેશોલ્ડ કરતા નોંધપાત્ર રીતે ઓછું હતું. આકૃતિ 3 માં આંખ અને હિસ્ટોગ્રામ પરીક્ષણ પરિણામો દૃષ્ટિની રીતે દર્શાવે છે કે LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરનો ઉપયોગ ઉચ્ચ રેખીયતા અને ઓછા બીટ ભૂલ દર સાથે હાઇ-સ્પીડ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમમાં થઈ શકે છે.
આકૃતિ 2 માટે LTOI ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરનો ઉપયોગ કરીને પ્રયોગતીવ્રતા મોડ્યુલેટેડઓપ્ટિકલ કમ્યુનિકેશન 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 નીચે બીટ-એરર રેટ મૂલ્યો સાથે માપન માટે એક્સટ્રેક્ટેડ ઉપયોગી માહિતી દર (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 મોડ્યુલેટરનું પ્રદર્શન કરે છે. ઇન્ટેન્સિટી મોડ્યુલેશન ડાયરેક્ટ ડિટેક્શન IMDD ટ્રાન્સમિશન પ્રયોગોમાં, ઉપકરણ 405 Gbit/s નો સિંગલ કેરિયર નેટ ડેટા રેટ પ્રાપ્ત કરે છે, જે LNOI અને પ્લાઝ્મા મોડ્યુલેટર જેવા હાલના ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ પ્લેટફોર્મના શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન સાથે તુલનાત્મક છે. ભવિષ્યમાં, વધુ જટિલ ઉપયોગ કરીનેIQ મોડ્યુલેટરડિઝાઇન અથવા વધુ અદ્યતન સિગ્નલ ભૂલ સુધારણા તકનીકો, અથવા ક્વાર્ટઝ સબસ્ટ્રેટ જેવા ઓછા માઇક્રોવેવ નુકશાન સબસ્ટ્રેટનો ઉપયોગ કરીને, લિથિયમ ટેન્ટાલેટ ઉપકરણો 2 Tbit/s અથવા તેથી વધુના સંચાર દર પ્રાપ્ત કરે તેવી અપેક્ષા છે. LTOI ના ચોક્કસ ફાયદાઓ, જેમ કે નીચા બાયરફ્રિંજન્સ અને અન્ય RF ફિલ્ટર બજારોમાં તેના વ્યાપક ઉપયોગને કારણે સ્કેલ અસર સાથે સંયુક્ત, લિથિયમ ટેન્ટાલેટ ફોટોનિક્સ ટેકનોલોજી આગામી પેઢીના હાઇ-સ્પીડ ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક્સ અને માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ સિસ્ટમ્સ માટે ઓછી કિંમત, ઓછી-પાવર અને અલ્ટ્રા-હાઇ-સ્પીડ સોલ્યુશન્સ પ્રદાન કરશે.
પોસ્ટ સમય: ડિસેમ્બર-૧૧-૨૦૨૪