ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് (LTOI) ഹൈ സ്പീഡ് ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ

ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് (LTOI) ഹൈ സ്പീഡ്ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ

5G, ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇന്റലിജൻസ് (AI) പോലുള്ള പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ വ്യാപകമായ സ്വീകാര്യതയാണ് ആഗോള ഡാറ്റാ ട്രാഫിക്കിനെ മുന്നോട്ട് നയിക്കുന്നത്. ഇത് ഒപ്റ്റിക്കൽ നെറ്റ്‌വർക്കുകളുടെ എല്ലാ തലങ്ങളിലുമുള്ള ട്രാൻസ്‌സീവറുകൾക്ക് കാര്യമായ വെല്ലുവിളികൾ ഉയർത്തുന്നു. പ്രത്യേകിച്ചും, അടുത്ത തലമുറ ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ഒരൊറ്റ ചാനലിൽ 200 Gbps ആയി ഡാറ്റാ ട്രാൻസ്ഫർ നിരക്കുകളിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവ് ആവശ്യമാണ്, അതേസമയം ഊർജ്ജ ഉപഭോഗവും ചെലവും കുറയ്ക്കുന്നു. കഴിഞ്ഞ കുറച്ച് വർഷങ്ങളായി, സിലിക്കൺ ഫോട്ടോണിക്സ് സാങ്കേതികവിദ്യ ഒപ്റ്റിക്കൽ ട്രാൻസ്‌സീവർ വിപണിയിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു, പ്രധാനമായും പക്വതയുള്ള CMOS പ്രക്രിയ ഉപയോഗിച്ച് സിലിക്കൺ ഫോട്ടോണിക്സ് വൻതോതിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന വസ്തുത കാരണം. എന്നിരുന്നാലും, കാരിയർ ഡിസ്‌പെർഷനെ ആശ്രയിക്കുന്ന SOI ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്ററുകൾ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, പവർ ഉപഭോഗം, ഫ്രീ കാരിയർ ആഗിരണം, മോഡുലേഷൻ നോൺ-ലീനിയാരിറ്റി എന്നിവയിൽ വലിയ വെല്ലുവിളികൾ നേരിടുന്നു. വ്യവസായത്തിലെ മറ്റ് സാങ്കേതിക മാർഗങ്ങളിൽ InP, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് LNOI, ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ പോളിമറുകൾ, മറ്റ് മൾട്ടി-പ്ലാറ്റ്‌ഫോം വൈവിധ്യമാർന്ന സംയോജന പരിഹാരങ്ങൾ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. അൾട്രാ-ഹൈ സ്പീഡിലും ലോ പവർ മോഡുലേഷനിലും മികച്ച പ്രകടനം കൈവരിക്കാൻ കഴിയുന്ന പരിഹാരമായി LNOI കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു, എന്നിരുന്നാലും, മാസ് പ്രൊഡക്ഷൻ പ്രക്രിയയുടെയും ചെലവിന്റെയും കാര്യത്തിൽ ഇതിന് നിലവിൽ ചില വെല്ലുവിളികളുണ്ട്. അടുത്തിടെ, മികച്ച ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഗുണങ്ങളും വലിയ തോതിലുള്ള നിർമ്മാണവുമുള്ള ഒരു നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് (LTOI) സംയോജിത ഫോട്ടോണിക് പ്ലാറ്റ്‌ഫോം ടീം പുറത്തിറക്കി, ഇത് പല ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലും ലിഥിയം നിയോബേറ്റ്, സിലിക്കൺ ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകളുടെ പ്രകടനവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുകയോ അതിലും മികച്ചതാകുകയോ ചെയ്യുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഇതുവരെ, പ്രധാന ഉപകരണംഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻഅൾട്രാ-ഹൈ സ്പീഡ് ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്ററായ διαγανικά, LTOI-യിൽ സ്ഥിരീകരിച്ചിട്ടില്ല.

ഈ പഠനത്തിൽ, ഗവേഷകർ ആദ്യം LTOI ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു, അതിന്റെ ഘടന ചിത്രം 1 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഇൻസുലേറ്ററിലെ ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റിന്റെ ഓരോ പാളിയുടെയും ഘടനയുടെയും മൈക്രോവേവ് ഇലക്ട്രോഡിന്റെ പാരാമീറ്ററുകളുടെയും രൂപകൽപ്പനയിലൂടെ, മൈക്രോവേവിന്റെയും പ്രകാശ തരംഗത്തിന്റെയും പ്രചാരണ വേഗത പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ.ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്റർമൈക്രോവേവ് ഇലക്ട്രോഡിന്റെ നഷ്ടം കുറയ്ക്കുന്നതിനായി, മികച്ച ചാലകതയുള്ള ഒരു ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുവായി വെള്ളിയുടെ ഉപയോഗം ഗവേഷകർ ആദ്യമായി നിർദ്ദേശിച്ചു, വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന സ്വർണ്ണ ഇലക്ട്രോഡിനെ അപേക്ഷിച്ച് വെള്ളി ഇലക്ട്രോഡ് മൈക്രോവേവ് നഷ്ടം 82% ആയി കുറയ്ക്കുന്നതായി കാണിച്ചു.

ചിത്രം 1 LTOI ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ ഘടന, ഘട്ടം പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ രൂപകൽപ്പന, മൈക്രോവേവ് ഇലക്ട്രോഡ് നഷ്ട പരിശോധന.

ചിത്രം 2, LTOI ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്ററിന്റെ പരീക്ഷണ ഉപകരണവും ഫലങ്ങളും കാണിക്കുന്നു.തീവ്രത മോഡുലേറ്റ് ചെയ്‌തത്ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ നേരിട്ടുള്ള കണ്ടെത്തൽ (IMDD). 25% SD-FEC പരിധിക്ക് താഴെയുള്ള 3.8×10⁻² അളന്ന BER ഉപയോഗിച്ച് 176 GBd എന്ന ചിഹ്ന നിരക്കിൽ LTOI ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്ററിന് PAM8 സിഗ്നലുകൾ കൈമാറാൻ കഴിയുമെന്ന് പരീക്ഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. 200 GBd PAM4, 208 GBd PAM2 എന്നിവയ്‌ക്കെല്ലാം, BER 15% SD-FEC, 7% HD-FEC എന്നിവയുടെ പരിധിയേക്കാൾ വളരെ കുറവായിരുന്നു. ചിത്രം 3 ലെ ഐ, ഹിസ്റ്റോഗ്രാം പരിശോധനാ ഫലങ്ങൾ ഉയർന്ന രേഖീയതയും കുറഞ്ഞ ബിറ്റ് പിശക് നിരക്കും ഉള്ള ഹൈ-സ്പീഡ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ LTOI ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ദൃശ്യപരമായി തെളിയിക്കുന്നു.

ചിത്രം 2 LTOI ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പരീക്ഷണംതീവ്രത മോഡുലേറ്റ് ചെയ്‌തത്ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റത്തിലെ ഡയറക്ട് ഡിറ്റക്ഷൻ (IMDD) (എ) പരീക്ഷണ ഉപകരണം; (ബി) സൈൻ റേറ്റിന്റെ ഒരു ഫംഗ്ഷനായി PAM8(ചുവപ്പ്), PAM4(പച്ച), PAM2(നീല) സിഗ്നലുകളുടെ അളന്ന ബിറ്റ് പിശക് നിരക്ക് (BER); (സി) 25% SD-FEC പരിധിക്ക് താഴെയുള്ള ബിറ്റ്-എറർ റേറ്റ് മൂല്യങ്ങളുള്ള അളവുകൾക്കായി വേർതിരിച്ചെടുത്ത ഉപയോഗയോഗ്യമായ വിവര നിരക്കും (AIR, ഡാഷ് ചെയ്ത ലൈൻ) അനുബന്ധ നെറ്റ് ഡാറ്റ നിരക്കും (NDR, സോളിഡ് ലൈൻ); (ഡി) PAM2, PAM4, PAM8 മോഡുലേഷന് കീഴിലുള്ള ഐ മാപ്പുകളും സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്കൽ ഹിസ്റ്റോഗ്രാമുകളും.

110 GHz ന്റെ 3 dB ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഉള്ള ആദ്യത്തെ ഹൈ-സ്പീഡ് LTOI ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ ഈ കൃതിയിൽ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. തീവ്രത മോഡുലേഷൻ ഡയറക്ട് ഡിറ്റക്ഷൻ IMDD ട്രാൻസ്മിഷൻ പരീക്ഷണങ്ങളിൽ, ഉപകരണം 405 Gbit/s എന്ന സിംഗിൾ കാരിയർ നെറ്റ് ഡാറ്റ നിരക്ക് കൈവരിക്കുന്നു, ഇത് നിലവിലുള്ള ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകളായ LNOI, പ്ലാസ്മ മോഡുലേറ്ററുകളുടെ മികച്ച പ്രകടനവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതാണ്. ഭാവിയിൽ, കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായഐക്യു മോഡുലേറ്റർഡിസൈനുകൾ അല്ലെങ്കിൽ കൂടുതൽ നൂതനമായ സിഗ്നൽ പിശക് തിരുത്തൽ സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ, അല്ലെങ്കിൽ ക്വാർട്സ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ പോലുള്ള കുറഞ്ഞ മൈക്രോവേവ് നഷ്ട സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് ഉപകരണങ്ങൾ 2 Tbit/s അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കൂടുതൽ ആശയവിനിമയ നിരക്ക് കൈവരിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. മറ്റ് RF ഫിൽട്ടർ വിപണികളിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിനാൽ കുറഞ്ഞ ബൈർഫ്രിംഗൻസ്, സ്കെയിൽ ഇഫക്റ്റ് എന്നിവ പോലുള്ള LTOI യുടെ പ്രത്യേക ഗുണങ്ങളുമായി സംയോജിപ്പിച്ച്, ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് ഫോട്ടോണിക്സ് സാങ്കേതികവിദ്യ അടുത്ത തലമുറയിലെ ഹൈ-സ്പീഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ നെറ്റ്‌വർക്കുകൾക്കും മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോണിക്സ് സിസ്റ്റങ്ങൾക്കും കുറഞ്ഞ ചെലവും കുറഞ്ഞ പവറും അൾട്രാ-ഹൈ-സ്പീഡ് പരിഹാരങ്ങളും നൽകും.