ٿلهي فلم ليٿيم نائوبيٽ مواد ۽ ٿلهي فلم ليٿيم نائوبيٽ ماڊيوليٽر

انٽيگريٽيڊ مائڪرو ويڪرو فوٽون ٽيڪنالاجي ۾ پتلي فلم ليٿيم نائوبيٽ جا فائدا ۽ اهميت

مائڪرو ويڪرو فوٽون ٽيڪنالاجيوڏي ڪم ڪندڙ بينڊوڊٿ، مضبوط متوازي پروسيسنگ جي صلاحيت ۽ گهٽ ٽرانسميشن نقصان جا فائدا آهن، جيڪي روايتي مائڪرو ويڪرو سسٽم جي ٽيڪنيڪل رڪاوٽ کي ٽوڙڻ ۽ فوجي اليڪٽرانڪ معلوماتي سامان جهڙوڪ ريڊار، اليڪٽرانڪ جنگ، مواصلات ۽ ماپ ۽ ڪنٽرول جي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائڻ جي صلاحيت رکن ٿا. بهرحال، ڊسڪريٽ ڊوائيسز تي ٻڌل مائڪرو ويڪرو فوٽون سسٽم ۾ ڪجهه مسئلا آهن جهڙوڪ وڏي مقدار، ڳري وزن ۽ خراب استحڪام، جيڪي خلائي ۽ هوائي پليٽ فارمن ۾ مائڪرو ويڪرو فوٽون ٽيڪنالاجي جي استعمال کي سنجيدگي سان محدود ڪن ٿا. تنهن ڪري، مربوط مائڪرو ويڪرو فوٽون ٽيڪنالاجي فوجي اليڪٽرانڪ معلوماتي نظام ۾ مائڪرو ويڪرو فوٽون جي استعمال کي ٽوڙڻ ۽ مائڪرو ويڪرو فوٽون ٽيڪنالاجي جي فائدن کي مڪمل راند ڏيڻ لاءِ هڪ اهم سهارو بڻجي رهي آهي.

هن وقت، SI تي ٻڌل فوٽونڪ انٽيگريشن ٽيڪنالاجي ۽ INP تي ٻڌل فوٽونڪ انٽيگريشن ٽيڪنالاجي آپٽيڪل ڪميونيڪيشن جي ميدان ۾ سالن جي ترقي کان پوءِ وڌيڪ پختو ٿي چڪي آهي، ۽ ڪيتريون ئي شيون مارڪيٽ ۾ رکيون ويون آهن. بهرحال، مائڪرو ويف فوٽون جي استعمال لاءِ، انهن ٻن قسمن جي فوٽون انٽيگريشن ٽيڪنالاجي ۾ ڪجهه مسئلا آهن: مثال طور، Si ماڊيوليٽر ۽ InP ماڊيوليٽر جو نان لائنر اليڪٽرو-آپٽيڪل ڪوفيشينٽ مائڪرو ويف فوٽون ٽيڪنالاجي پاران جاري ڪيل اعليٰ لڪيريٽي ۽ وڏي متحرڪ خاصيتن جي برعڪس آهي؛ مثال طور، سلڪون آپٽيڪل سوئچ جيڪو آپٽيڪل پاٿ سوئچنگ کي محسوس ڪري ٿو، ڇا اهو تھرمل-آپٽيڪل اثر، پيزو اليڪٽرڪ اثر، يا ڪيريئر انجيڪشن ڊسپريشن اثر تي ٻڌل هجي، ان ۾ سست سوئچنگ جي رفتار، بجلي جي استعمال ۽ گرمي جي استعمال جا مسئلا آهن، جيڪي تيز بيم اسڪيننگ ۽ وڏي ايري اسڪيل مائڪرو ويف فوٽون ايپليڪيشنن کي پورو نٿا ڪري سگهن.

ليٿيم نائوبيٽ هميشه تيز رفتار لاءِ پهرين پسند رهيو آهي.اليڪٽرو آپٽڪ ماڊوليشنمواد ان جي بهترين لڪير واري اليڪٽرو آپٽڪ اثر جي ڪري. بهرحال، روايتي ليٿيم نائوبيٽاليڪٽرو-آپٽيڪل ماڊيوليٽروڏي پيماني تي ليٿيم نائوبيٽ ڪرسٽل مواد مان ٺهيل آهي، ۽ ڊوائيس جو سائز تمام وڏو آهي، جيڪو انٽيگريٽڊ مائڪرو ويف فوٽون ٽيڪنالاجي جي ضرورتن کي پورو نٿو ڪري سگهي. انٽيگريٽڊ مائڪرو ويف فوٽون ٽيڪنالاجي سسٽم ۾ لڪير اليڪٽرو-آپٽيڪل ڪوفيشينٽ سان ليٿيم نائوبيٽ مواد کي ڪيئن ضم ڪجي، اهو لاڳاپيل محققن جو مقصد بڻجي ويو آهي. 2018 ۾، آمريڪا ۾ هارورڊ يونيورسٽي جي هڪ ريسرچ ٽيم پهريون ڀيرو فطرت ۾ پتلي فلم ليٿيم نائوبيٽ تي ٻڌل فوٽونڪ انٽيگريشن ٽيڪنالاجي جي رپورٽ ڪئي، ڇاڪاڻ ته ٽيڪنالاجي ۾ اعليٰ انضمام، وڏي اليڪٽرو-آپٽيڪل ماڊيوليشن بينڊوڊٿ، ۽ اليڪٽرو-آپٽيڪل اثر جي اعليٰ لڪيريٽي جا فائدا آهن، هڪ ڀيرو لانچ ٿيڻ کان پوءِ، اهو فوري طور تي فوٽونڪ انٽيگريشن ۽ مائڪرو ويف فوٽونڪس جي ميدان ۾ علمي ۽ صنعتي ڌيان جو سبب بڻيو. مائڪرو ويف فوٽون ايپليڪيشن جي نقطه نظر کان، هي پيپر مائڪرو ويف فوٽون ٽيڪنالاجي جي ترقي تي پتلي فلم ليٿيم نائوبيٽ تي ٻڌل فوٽون انٽيگريشن ٽيڪنالاجي جي اثر ۽ اهميت جو جائزو وٺندو آهي.

پتلي فلم ليٿيم نائوبيٽ مواد ۽ پتلي فلمليٿيم نائوبيٽ ماڊيوليٽر
تازن ٻن سالن ۾، هڪ نئين قسم جو ليٿيم نائوبيٽ مواد سامهون آيو آهي، يعني، ليٿيم نائوبيٽ فلم کي "آئن سلائسنگ" جي طريقي سان وڏي ليٿيم نائوبيٽ ڪرسٽل مان ڪڍيو ويندو آهي ۽ سليڪا بفر پرت سان سي ويفر سان ڳنڍيو ويندو آهي ته جيئن LNOI (LiNbO3-آن-انسوليٽر) مواد [5] ٺاهيو وڃي، جنهن کي هن پيپر ۾ پتلي فلم ليٿيم نائوبيٽ مواد سڏيو ويندو آهي. 100 نانو ميٽرن کان وڌيڪ اوچائي واري ريج ويو گائيڊز کي ٿلهي فلم ليٿيم نائوبيٽ مواد تي بهتر خشڪ ايچنگ عمل ذريعي ايچ ڪري سگهجي ٿو، ۽ ٺهيل ويو گائيڊز جو اثرائتي ريفريڪٽو انڊيڪس فرق 0.8 کان وڌيڪ تائين پهچي سگهي ٿو (روايتي ليٿيم نائوبيٽ ويو گائيڊز جي 0.02 جي ريفريڪٽو انڊيڪس فرق کان گهڻو وڌيڪ)، جيئن شڪل 1 ۾ ڏيکاريل آهي. مضبوط طور تي محدود ويو گائيڊ ماڊيوليٽر کي ڊزائين ڪرڻ وقت روشني جي ميدان کي مائڪرو ويڪرو فيلڊ سان ملائڻ آسان بڻائي ٿو. اهڙيءَ طرح، گهٽ ڊيگهه ۾ گهٽ اڌ-ويج وولٽيج ۽ وڏي ماڊوليشن بينڊوڊٿ حاصل ڪرڻ فائديمند آهي.

گهٽ نقصان واري ليٿيم نائوبيٽ سب مائڪرون ويو گائيڊ جو ظهور روايتي ليٿيم نائوبيٽ اليڪٽرو-آپٽڪ ماڊيوليٽر جي هاءِ ڊرائيونگ وولٽيج جي رڪاوٽ کي ٽوڙي ٿو. اليڪٽروڊ اسپيسنگ کي ~ 5 μm تائين گھٽائي سگھجي ٿو، ۽ اليڪٽرڪ فيلڊ ۽ آپٽيڪل موڊ فيلڊ جي وچ ۾ اوورليپ تمام گھڻو وڌي ويندو آهي، ۽ vπ ·L 20 V·cm کان وڌيڪ کان 2.8 V·cm کان گھٽ ٿي ويندو آهي. تنهن ڪري، ساڳئي اڌ-ويج وولٽيج جي تحت، روايتي ماڊيوليٽر جي مقابلي ۾ ڊوائيس جي ڊيگهه کي تمام گھٽ گھٽائي سگھجي ٿو. ساڳئي وقت، سفر ڪندڙ لهر اليڪٽروڊ جي ويڪر، ٿولهه ۽ وقفي جي پيرا ميٽرز کي بهتر ڪرڻ کان پوءِ، جيئن شڪل ۾ ڏيکاريل آهي، ماڊيوليٽر 100 GHz کان وڌيڪ الٽرا هاءِ ماڊيوليشن بينڊوڊٿ جي صلاحيت رکي سگھي ٿو.

شڪل 1 (a) حساب ڪيل موڊ ورڇ ۽ (b) LN ويوگائيڊ جي ڪراس سيڪشن جي تصوير

شڪل 2 (الف) ويو گائيڊ ۽ اليڪٽرروڊ جي جوڙجڪ ۽ (ب) ايل اين ماڊيوليٽر جي ڪور پليٽ

ٿلهي فلم ليٿيم نائوبيٽ ماڊيوليٽر جو روايتي ليٿيم نائوبيٽ ڪمرشل ماڊيوليٽر، سلڪون تي ٻڌل ماڊيوليٽر ۽ انڊيم فاسفائيڊ (ان پي) ماڊيوليٽر ۽ ٻين موجوده تيز رفتار اليڪٽرو آپٽيڪل ماڊيوليٽر سان مقابلو، مقابلي جا مکيه پيرا ميٽر شامل آهن:
(1) اڌ-ويو وولٽ-ڊگھائي پراڊڪٽ (vπ ·L، V·cm)، ماڊيوليٽر جي ماڊيوليشن ڪارڪردگي کي ماپڻ سان، قدر جيتري ننڍي هوندي، ماڊيوليشن ڪارڪردگي اوتري وڌيڪ هوندي؛
(2) 3 ڊي بي ماڊوليشن بينڊوڊٿ (GHz)، جيڪا ماڊوليٽر جي هاءِ فريڪوئنسي ماڊوليشن جي جواب کي ماپي ٿي؛
(3) ماڊوليشن علائقي ۾ آپٽيڪل انسرشن نقصان (dB). ٽيبل مان ڏسي سگهجي ٿو ته پتلي فلم ليٿيم نائوبيٽ ماڊوليٽر کي ماڊوليشن بينڊوڊٿ، اڌ-ويو وولٽيج، آپٽيڪل انٽرپوليشن نقصان ۽ انهي ۾ واضح فائدا آهن.

سلڪون، انٽيگريٽيڊ آپٽو اليڪٽرانڪس جي بنياد جي طور تي، هاڻي تائين ترقي ڪئي وئي آهي، اهو عمل پختو آهي، ان جي ننڍي ڪرڻ فعال/غير فعال ڊوائيسز جي وڏي پيماني تي انضمام لاءِ سازگار آهي، ۽ ان جي ماڊيوليٽر جو آپٽيڪل ڪميونيڪيشن جي ميدان ۾ وڏي پيماني تي ۽ گهرو مطالعو ڪيو ويو آهي. سلڪون جو اليڪٽرو-آپٽيڪل ماڊيوليشن ميڪانيزم بنيادي طور تي ڪيريئر ڊيپلنگ-شن، ڪيريئر انجيڪشن ۽ ڪيريئر جمع آهي. انهن مان، ماڊيوليٽر جي بينڊوڊٿ لڪير ڊگري ڪيريئر ڊيپليشن ميڪانيزم سان بهترين آهي، پر ڇاڪاڻ ته آپٽيڪل فيلڊ ورڇ ڊيپليشن علائقي جي غير يونفارميٽي سان اوورليپ ٿئي ٿي، اهو اثر غير لائنر سيڪنڊ آرڊر ڊسٽورشن ۽ ٽئين آرڊر انٽرموڊوليشن ڊسٽورشن اصطلاحن کي متعارف ڪرائيندو، ڪيريئر جي جذب اثر سان گڏ روشني تي، جيڪو آپٽيڪل ماڊليشن ايمپليٽيوڊ ۽ سگنل ڊسٽورشن کي گهٽائڻ جو سبب بڻجندو.

InP ماڊيوليٽر ۾ شاندار اليڪٽرو-آپٽيڪل اثرات آهن، ۽ ملٽي-ليئر ڪوانٽم ويل اسٽرڪچر الٽرا-هاءِ ريٽ ۽ گهٽ ڊرائيونگ وولٽيج ماڊيوليٽر کي Vπ·L سان 0.156V · mm تائين محسوس ڪري سگهي ٿو. بهرحال، برقي ميدان سان ريفريڪٽو انڊيڪس جي تبديلي ۾ لڪير ۽ غير لڪير اصطلاح شامل آهن، ۽ برقي ميدان جي شدت ۾ اضافو ٻئي-آرڊر اثر کي نمايان بڻائيندو. تنهن ڪري، سلڪون ۽ InP اليڪٽرو-آپٽڪ ماڊيوليٽر کي ڪم ڪرڻ وقت pn جنڪشن ٺاهڻ لاءِ تعصب لاڳو ڪرڻ جي ضرورت آهي، ۽ pn جنڪشن روشني ۾ جذب ​​نقصان آڻيندو. بهرحال، انهن ٻنهي جو ماڊيوليٽر سائيز ننڍو آهي، ڪمرشل InP ماڊيوليٽر سائيز LN ماڊيوليٽر جو 1/4 آهي. اعليٰ ماڊيوليٽر ڪارڪردگي، اعليٰ کثافت ۽ مختصر فاصلي جي ڊجيٽل آپٽيڪل ٽرانسميشن نيٽ ورڪن جهڙوڪ ڊيٽا سينٽرن لاءِ مناسب. ليٿيم نائوبيٽ جي اليڪٽرو-آپٽيڪل اثر ۾ ڪو به روشني جذب ڪرڻ جو طريقو ۽ گهٽ نقصان ناهي، جيڪو ڊگهي فاصلي جي هم آهنگي لاءِ مناسب آهي.آپٽيڪل ڪميونيڪيشنوڏي گنجائش ۽ اعليٰ شرح سان. مائڪرو ويف فوٽون ايپليڪيشن ۾، Si ۽ InP جا اليڪٽرو-آپٽيڪل ڪوفيشينٽس غير لڪير آهن، جيڪو مائڪرو ويف فوٽون سسٽم لاءِ مناسب ناهي جيڪو اعلي لڪيريت ۽ وڏي حرڪيات جي پيروي ڪري ٿو. ليٿيم نائوبيٽ مواد مائڪرو ويف فوٽون ايپليڪيشن لاءِ تمام مناسب آهي ڇاڪاڻ ته ان جي مڪمل طور تي لڪير اليڪٽرو-آپٽڪ ماڊوليشن ڪوفيشينٽ آهي.