ഉയർന്ന സംയോജിത നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ

ഉയർന്ന രേഖീയതഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർമൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോൺ പ്രയോഗവും
ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങളുടെ ആവശ്യകതകൾ വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, സിഗ്നലുകളുടെ പ്രക്ഷേപണ കാര്യക്ഷമത കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനായി, ആളുകൾ ഫോട്ടോണുകളും ഇലക്ട്രോണുകളും സംയോജിപ്പിച്ച് പരസ്പര പൂരക നേട്ടങ്ങൾ കൈവരിക്കും, അങ്ങനെ മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോണിക്സ് പിറവിയെടുക്കും. വൈദ്യുതിയെ പ്രകാശമാക്കി മാറ്റുന്നതിന് ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്റർ ആവശ്യമാണ്.മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോണിക് സിസ്റ്റങ്ങൾ, കൂടാതെ ഈ പ്രധാന ഘട്ടം സാധാരണയായി മുഴുവൻ സിസ്റ്റത്തിന്റെയും പ്രകടനം നിർണ്ണയിക്കുന്നു. റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി സിഗ്നലിനെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഡൊമെയ്‌നിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നത് ഒരു അനലോഗ് സിഗ്നൽ പ്രക്രിയയായതിനാൽ, സാധാരണഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്ററുകൾഅന്തർലീനമായ നോൺ-ലീനിയറിറ്റി ഉള്ളതിനാൽ, പരിവർത്തന പ്രക്രിയയിൽ ഗുരുതരമായ സിഗ്നൽ വികലതയുണ്ട്. ഏകദേശ ലീനിയർ മോഡുലേഷൻ നേടുന്നതിന്, മോഡുലേറ്ററിന്റെ പ്രവർത്തന പോയിന്റ് സാധാരണയായി ഓർത്തോഗണൽ ബയസ് പോയിന്റിൽ ഉറപ്പിച്ചിരിക്കും, പക്ഷേ മോഡുലേറ്ററിന്റെ ലീനിയറിറ്റിക്ക് മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോൺ ലിങ്കിന്റെ ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റാൻ ഇതിന് ഇപ്പോഴും കഴിയില്ല. ഉയർന്ന ലീനിയറിറ്റിയുള്ള ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്ററുകൾ അടിയന്തിരമായി ആവശ്യമാണ്.

സിലിക്കൺ വസ്തുക്കളുടെ ഹൈ-സ്പീഡ് റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്സ് മോഡുലേഷൻ സാധാരണയായി ഫ്രീ കാരിയർ പ്ലാസ്മ ഡിസ്പർഷൻ (FCD) പ്രഭാവം വഴിയാണ് നേടുന്നത്. FCD പ്രഭാവവും PN ജംഗ്ഷൻ മോഡുലേഷനും നോൺലീനിയർ ആണ്, ഇത് സിലിക്കൺ മോഡുലേറ്ററിനെ ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മോഡുലേറ്ററിനേക്കാൾ കുറവ് രേഖീയമാക്കുന്നു. ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് വസ്തുക്കൾ മികച്ച പ്രകടനം കാഴ്ചവയ്ക്കുന്നു.ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേഷൻപക്കർ പ്രഭാവം മൂലമുള്ള ഗുണങ്ങൾ. അതേസമയം, ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മെറ്റീരിയലിന് വലിയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, നല്ല മോഡുലേഷൻ സവിശേഷതകൾ, കുറഞ്ഞ നഷ്ടം, എളുപ്പത്തിലുള്ള സംയോജനം, സെമികണ്ടക്ടർ പ്രക്രിയയുമായുള്ള അനുയോജ്യത, ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്റർ നിർമ്മിക്കാൻ നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ ഉപയോഗം, സിലിക്കണുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ "ഷോർട്ട് പ്ലേറ്റ്" ഇല്ല, മാത്രമല്ല ഉയർന്ന രേഖീയത കൈവരിക്കാനും കഴിയും. ഇൻസുലേറ്ററിലെ നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് (LNOI) ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ ഒരു വാഗ്ദാനമായ വികസന ദിശയായി മാറിയിരിക്കുന്നു. നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മെറ്റീരിയൽ തയ്യാറാക്കൽ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെയും വേവ്ഗൈഡ് എച്ചിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെയും വികസനത്തോടെ, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്ററിന്റെ ഉയർന്ന പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമതയും ഉയർന്ന സംയോജനവും അന്താരാഷ്ട്ര അക്കാദമിയയുടെയും വ്യവസായത്തിന്റെയും മേഖലയായി മാറിയിരിക്കുന്നു.

നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ സവിശേഷതകൾ
അമേരിക്കൻ ഐക്യനാടുകളിൽ ഡിഎപി എആർ ആസൂത്രണം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് വസ്തുക്കളുടെ വിലയിരുത്തൽ ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ നടത്തി: ഇലക്ട്രോണിക് വിപ്ലവത്തിന്റെ കേന്ദ്രത്തിന് അത് സാധ്യമാക്കുന്ന സിലിക്കൺ വസ്തുക്കളുടെ പേരാണ് നൽകിയിരിക്കുന്നതെങ്കിൽ, ഫോട്ടോണിക്സ് വിപ്ലവത്തിന്റെ ജന്മസ്ഥലത്തിന് ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ പേരാണ് നൽകിയിരിക്കുന്നത്. കാരണം, ഒപ്റ്റിക്സ് മേഖലയിലെ സിലിക്കൺ വസ്തുക്കളുടെ കാര്യത്തിലെന്നപോലെ, ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രഭാവം, അക്കോസ്റ്റോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രഭാവം, പീസോ ഇലക്ട്രിക് പ്രഭാവം, തെർമോഇലക്ട്രിക് പ്രഭാവം, ഫോട്ടോറിഫ്രാക്റ്റീവ് പ്രഭാവം എന്നിവ ഒന്നിൽ സംയോജിപ്പിക്കുന്നു.

ഒപ്റ്റിക്കൽ ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ കാര്യത്തിൽ, സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന 1550nm ബാൻഡിൽ പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിനാൽ InP മെറ്റീരിയലിന് ഏറ്റവും വലിയ ഓൺ-ചിപ്പ് ട്രാൻസ്മിഷൻ നഷ്ടമുണ്ട്. SiO2, സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് എന്നിവയ്ക്ക് മികച്ച ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുണ്ട്, കൂടാതെ നഷ്ടം ~ 0.01dB/cm ലെവലിൽ എത്താം; നിലവിൽ, നേർത്ത-ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് വേവ്ഗൈഡിന്റെ വേവ്ഗൈഡ് നഷ്ടം 0.03dB/cm ലെവലിൽ എത്താം, ഭാവിയിൽ സാങ്കേതിക നിലവാരത്തിന്റെ തുടർച്ചയായ പുരോഗതിയോടെ നേർത്ത-ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് വേവ്ഗൈഡിന്റെ നഷ്ടം കൂടുതൽ കുറയ്ക്കാൻ സാധ്യതയുണ്ട്. അതിനാൽ, ഫോട്ടോസിന്തറ്റിക് പാത്ത്, ഷണ്ട്, മൈക്രോറിംഗ് തുടങ്ങിയ നിഷ്ക്രിയ പ്രകാശ ഘടനകൾക്ക് നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മെറ്റീരിയൽ നല്ല പ്രകടനം കാണിക്കും.

പ്രകാശ ഉൽപ്പാദനത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ, നേരിട്ട് പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കാനുള്ള കഴിവ് InP-ക്ക് മാത്രമേയുള്ളൂ; അതിനാൽ, മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോണുകളുടെ പ്രയോഗത്തിന്, ബാക്ക്ലോഡിംഗ് വെൽഡിംഗ് അല്ലെങ്കിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച വഴി LNOI-അധിഷ്ഠിത ഫോട്ടോണിക് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ചിപ്പിൽ InP-അധിഷ്ഠിത പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് അവതരിപ്പിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. ലൈറ്റ് മോഡുലേഷന്റെ കാര്യത്തിൽ, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മെറ്റീരിയൽ InP, Si എന്നിവയേക്കാൾ വലിയ മോഡുലേഷൻ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, കുറഞ്ഞ അർദ്ധ-തരംഗ വോൾട്ടേജ്, കുറഞ്ഞ ട്രാൻസ്മിഷൻ നഷ്ടം എന്നിവ നേടാൻ എളുപ്പമാണെന്ന് മുകളിൽ ഊന്നിപ്പറഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. മാത്രമല്ല, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേഷന്റെ ഉയർന്ന രേഖീയത എല്ലാ മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോൺ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും അത്യാവശ്യമാണ്.

ഒപ്റ്റിക്കൽ റൂട്ടിംഗിന്റെ കാര്യത്തിൽ, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മെറ്റീരിയലിന്റെ ഉയർന്ന വേഗതയുള്ള ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രതികരണം LNOI അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്വിച്ചിനെ ഉയർന്ന വേഗതയുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ റൂട്ടിംഗ് സ്വിച്ചിംഗിന് പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, കൂടാതെ അത്തരം ഉയർന്ന വേഗതയുള്ള സ്വിച്ചിംഗിന്റെ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗവും വളരെ കുറവാണ്. സംയോജിത മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോൺ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സാധാരണ പ്രയോഗത്തിന്, ഒപ്റ്റിക്കലി നിയന്ത്രിത ബീംഫോമിംഗ് ചിപ്പിന് ഫാസ്റ്റ് ബീം സ്കാനിംഗിന്റെ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നതിനുള്ള ഉയർന്ന വേഗതയുള്ള സ്വിച്ചിംഗിന്റെ കഴിവുണ്ട്, കൂടാതെ അൾട്രാ-ലോ പവർ ഉപഭോഗത്തിന്റെ സവിശേഷതകൾ വലിയ തോതിലുള്ള ഫേസ്ഡ് അറേ സിസ്റ്റത്തിന്റെ കർശനമായ ആവശ്യകതകളുമായി നന്നായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. ഇൻപി അധിഷ്ഠിത ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്വിച്ചിന് ഉയർന്ന വേഗതയുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ പാത്ത് സ്വിച്ചിംഗും തിരിച്ചറിയാൻ കഴിയുമെങ്കിലും, അത് വലിയ ശബ്ദങ്ങൾ അവതരിപ്പിക്കും, പ്രത്യേകിച്ചും മൾട്ടിലെവൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്വിച്ച് കാസ്കേഡ് ചെയ്യുമ്പോൾ, ശബ്ദ ഗുണകം ഗുരുതരമായി വഷളാകും. ഉയർന്ന വൈദ്യുതി ഉപഭോഗത്തിന്റെയും മന്ദഗതിയിലുള്ള സ്വിച്ചിംഗ് വേഗതയുടെയും ദോഷങ്ങളുള്ള തെർമോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇഫക്റ്റ് അല്ലെങ്കിൽ കാരിയർ ഡിസ്പർഷൻ ഇഫക്റ്റിലൂടെ മാത്രമേ സിലിക്കൺ, SiO2, സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് വസ്തുക്കൾക്ക് ഒപ്റ്റിക്കൽ പാതകൾ മാറ്റാൻ കഴിയൂ. ഘട്ടം ഘട്ടമായുള്ള അറേയുടെ ശ്രേണി വലുപ്പം വലുതാകുമ്പോൾ, അതിന് വൈദ്യുതി ഉപഭോഗത്തിന്റെ ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റാൻ കഴിയില്ല.

ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫിക്കേഷന്റെ കാര്യത്തിൽ,സെമികണ്ടക്ടർ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയർ (എസ്‌ഒ‌എ) അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള InP വാണിജ്യ ഉപയോഗത്തിന് പക്വത പ്രാപിച്ചിരിക്കുന്നു, പക്ഷേ ഇതിന് ഉയർന്ന ശബ്ദ ഗുണകത്തിന്റെയും കുറഞ്ഞ സാച്ചുറേഷൻ ഔട്ട്‌പുട്ട് പവറിന്റെയും ദോഷങ്ങളുണ്ട്, ഇത് മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോണുകളുടെ പ്രയോഗത്തിന് അനുയോജ്യമല്ല. ആനുകാലിക ആക്ടിവേഷനും ഇൻവേർഷനും അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള നേർത്ത-ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് വേവ്ഗൈഡിന്റെ പാരാമെട്രിക് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ പ്രക്രിയയ്ക്ക് കുറഞ്ഞ ശബ്ദവും ഉയർന്ന പവർ ഓൺ-ചിപ്പ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫിക്കേഷനും നേടാൻ കഴിയും, ഇത് ഓൺ-ചിപ്പ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫിക്കേഷനായി സംയോജിത മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോൺ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ആവശ്യകതകൾ നന്നായി നിറവേറ്റും.

പ്രകാശ കണ്ടെത്തലിന്റെ കാര്യത്തിൽ, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന് 1550 nm ബാൻഡിൽ പ്രകാശത്തിലേക്ക് നല്ല സംപ്രേഷണ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ ഉണ്ട്. ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പരിവർത്തനത്തിന്റെ പ്രവർത്തനം സാക്ഷാത്കരിക്കാൻ കഴിയില്ല, അതിനാൽ മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോൺ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക്, ചിപ്പിലെ ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പരിവർത്തനത്തിന്റെ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നതിന്. വെൽഡിംഗ് അല്ലെങ്കിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച ബാക്ക്‌ലോഡ് ചെയ്തുകൊണ്ട് LNOI അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഫോട്ടോണിക് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ചിപ്പുകളിൽ InGaAs അല്ലെങ്കിൽ Ge-Si ഡിറ്റക്ഷൻ യൂണിറ്റുകൾ അവതരിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുമായുള്ള കപ്ലിംഗിന്റെ കാര്യത്തിൽ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ തന്നെ SiO2 മെറ്റീരിയൽ ആയതിനാൽ, SiO2 വേവ്‌ഗൈഡിന്റെ മോഡ് ഫീൽഡിന് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറിന്റെ മോഡ് ഫീൽഡുമായി ഏറ്റവും ഉയർന്ന പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ ഡിഗ്രി ഉണ്ട്, കൂടാതെ കപ്ലിംഗ് ഏറ്റവും സൗകര്യപ്രദമാണ്. നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ ശക്തമായി നിയന്ത്രിതമായ വേവ്‌ഗൈഡിന്റെ മോഡ് ഫീൽഡ് വ്യാസം ഏകദേശം 1μm ആണ്, ഇത് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറിന്റെ മോഡ് ഫീൽഡിൽ നിന്ന് വളരെ വ്യത്യസ്തമാണ്, അതിനാൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറിന്റെ മോഡ് ഫീൽഡുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതിന് ശരിയായ മോഡ് സ്പോട്ട് പരിവർത്തനം നടത്തണം.

സംയോജനത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ, വിവിധ വസ്തുക്കൾക്ക് ഉയർന്ന സംയോജന സാധ്യതയുണ്ടോ എന്നത് പ്രധാനമായും വേവ്ഗൈഡിന്റെ ബെൻഡിംഗ് ആരത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു (വേവ്ഗൈഡ് മോഡ് ഫീൽഡിന്റെ പരിമിതി ഇതിനെ ബാധിക്കുന്നു). ശക്തമായി നിയന്ത്രിതമായ വേവ്ഗൈഡ് ഒരു ചെറിയ ബെൻഡിംഗ് ആരം അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന സംയോജനത്തിന്റെ സാക്ഷാത്കാരത്തിന് കൂടുതൽ സഹായകമാണ്. അതിനാൽ, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് വേവ്ഗൈഡുകൾക്ക് ഉയർന്ന സംയോജനം കൈവരിക്കാനുള്ള കഴിവുണ്ട്. അതിനാൽ, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ രൂപം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മെറ്റീരിയലിന് ഒപ്റ്റിക്കൽ "സിലിക്കൺ" ന്റെ പങ്ക് യഥാർത്ഥത്തിൽ വഹിക്കാൻ സാധ്യമാക്കുന്നു. മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോണുകളുടെ പ്രയോഗത്തിന്, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ ഗുണങ്ങൾ കൂടുതൽ വ്യക്തമാണ്.