థిన్ ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ మెటీరియల్ మరియు థిన్ ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్

ఇంటిగ్రేటెడ్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీలో సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు ప్రాముఖ్యత

మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీపెద్ద పని బ్యాండ్‌విడ్త్, బలమైన సమాంతర ప్రాసెసింగ్ సామర్థ్యం మరియు తక్కువ ప్రసార నష్టం యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది, ఇది సాంప్రదాయ మైక్రోవేవ్ సిస్టమ్ యొక్క సాంకేతిక అడ్డంకిని ఛేదించగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు రాడార్, ఎలక్ట్రానిక్ వార్‌ఫేర్, కమ్యూనికేషన్ మరియు కొలత మరియు సైనిక ఎలక్ట్రానిక్ సమాచార పరికరాల పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది. నియంత్రణ. అయినప్పటికీ, వివిక్త పరికరాలపై ఆధారపడిన మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ వ్యవస్థలో పెద్ద పరిమాణం, భారీ బరువు మరియు పేలవమైన స్థిరత్వం వంటి కొన్ని సమస్యలు ఉన్నాయి, ఇవి స్పేస్‌బోర్న్ మరియు ఎయిర్‌బోర్న్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌లలో మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ సాంకేతికతను ఉపయోగించడాన్ని తీవ్రంగా నియంత్రిస్తాయి. అందువల్ల, మిలిటరీ ఎలక్ట్రానిక్ ఇన్ఫర్మేషన్ సిస్టమ్‌లో మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ యొక్క అనువర్తనాన్ని విచ్ఛిన్నం చేయడానికి మరియు మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ యొక్క ప్రయోజనాలకు పూర్తి ఆటను అందించడానికి ఇంటిగ్రేటెడ్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ ఒక ముఖ్యమైన మద్దతుగా మారుతోంది.

ప్రస్తుతం, ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ రంగంలో సంవత్సరాల అభివృద్ధి తర్వాత SI- ఆధారిత ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీ మరియు INP-ఆధారిత ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీ మరింత పరిణతి చెందాయి మరియు చాలా ఉత్పత్తులు మార్కెట్లోకి వచ్చాయి. అయినప్పటికీ, మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ యొక్క అనువర్తనానికి, ఈ రెండు రకాల ఫోటాన్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీలలో కొన్ని సమస్యలు ఉన్నాయి: ఉదాహరణకు, Si మాడ్యులేటర్ మరియు InP మాడ్యులేటర్ యొక్క నాన్ లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ కోఎఫీషియంట్ మైక్రోవేవ్ అనుసరించే అధిక లీనియారిటీ మరియు పెద్ద డైనమిక్ లక్షణాలకు విరుద్ధంగా ఉంటుంది. ఫోటాన్ టెక్నాలజీ; ఉదాహరణకు, థర్మల్-ఆప్టికల్ ఎఫెక్ట్, పైజోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్ లేదా క్యారియర్ ఇంజెక్షన్ డిస్పర్షన్ ఎఫెక్ట్ ఆధారంగా ఆప్టికల్ పాత్ స్విచింగ్‌ను గ్రహించే సిలికాన్ ఆప్టికల్ స్విచ్ నెమ్మదిగా మారే వేగం, విద్యుత్ వినియోగం మరియు ఉష్ణ వినియోగం వంటి సమస్యలను కలిగి ఉంటుంది, ఇది వేగవంతమైనది కాదు. బీమ్ స్కానింగ్ మరియు పెద్ద అర్రే స్కేల్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అప్లికేషన్‌లు.

అధిక వేగం కోసం లిథియం నియోబేట్ ఎల్లప్పుడూ మొదటి ఎంపికఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేషన్దాని అద్భుతమైన లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ ప్రభావం కారణంగా పదార్థాలు. అయితే, సాంప్రదాయ లిథియం నియోబేట్ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్భారీ లిథియం నియోబేట్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్‌తో తయారు చేయబడింది మరియు పరికర పరిమాణం చాలా పెద్దది, ఇది ఇంటిగ్రేటెడ్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ అవసరాలను తీర్చదు. ఇంటిగ్రేటెడ్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ సిస్టమ్‌లో లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ కోఎఫీషియంట్‌తో లిథియం నియోబేట్ మెటీరియల్‌లను ఎలా సమగ్రపరచాలనేది సంబంధిత పరిశోధకుల లక్ష్యం. 2018లో, యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లోని హార్వర్డ్ యూనివర్శిటీకి చెందిన ఒక పరిశోధనా బృందం మొదటిసారిగా ప్రకృతిలోని సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ ఆధారంగా ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీని నివేదించింది, ఎందుకంటే సాంకేతికత అధిక ఏకీకరణ, పెద్ద ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు ఎలక్ట్రో యొక్క అధిక లీనియరిటీ యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. -ఆప్టికల్ ఎఫెక్ట్, ఒకసారి ప్రారంభించబడింది, ఇది వెంటనే ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేషన్ మరియు మైక్రోవేవ్ ఫోటోనిక్స్ రంగంలో విద్యా మరియు పారిశ్రామిక దృష్టిని కలిగించింది. మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అప్లికేషన్ యొక్క కోణం నుండి, మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధిపై సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ ఆధారంగా ఫోటాన్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీ ప్రభావం మరియు ప్రాముఖ్యతను ఈ పేపర్ సమీక్షిస్తుంది.

థిన్ ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ మెటీరియల్ మరియు థిన్ ఫిల్మ్లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్
ఇటీవలి రెండు సంవత్సరాలలో, ఒక కొత్త రకమైన లిథియం నియోబేట్ పదార్థం ఉద్భవించింది, అంటే, లిథియం నియోబేట్ ఫిల్మ్ భారీ లిథియం నియోబేట్ క్రిస్టల్ నుండి "అయాన్ స్లైసింగ్" పద్ధతి ద్వారా ఎక్స్‌ఫోలియేట్ చేయబడింది మరియు సిలికా బఫర్ లేయర్‌తో Si పొరతో బంధించబడింది. రూపం LNOI (LiNbO3-ఆన్-ఇన్సులేటర్) పదార్థం [5], ఈ పేపర్‌లో థిన్ ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ మెటీరియల్ అంటారు. 100 నానోమీటర్‌ల కంటే ఎక్కువ ఎత్తు ఉన్న రిడ్జ్ వేవ్‌గైడ్‌లను ఆప్టిమైజ్ చేసిన డ్రై ఎచింగ్ ప్రక్రియ ద్వారా సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ పదార్థాలపై చెక్కవచ్చు మరియు ఏర్పడిన వేవ్‌గైడ్‌ల యొక్క ప్రభావవంతమైన వక్రీభవన సూచిక వ్యత్యాసం 0.8 కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది (సాంప్రదాయ వక్రీభవన సూచిక వ్యత్యాసం కంటే చాలా ఎక్కువ. 0.02 యొక్క లిథియం నియోబేట్ వేవ్‌గైడ్‌లు), మూర్తి 1లో చూపిన విధంగా. గట్టిగా నిరోధిత వేవ్‌గైడ్ మాడ్యులేటర్‌ను రూపకల్పన చేసేటప్పుడు కాంతి క్షేత్రాన్ని మైక్రోవేవ్ ఫీల్డ్‌తో సరిపోల్చడాన్ని సులభతరం చేస్తుంది. అందువల్ల, తక్కువ పొడవులో తక్కువ హాఫ్-వేవ్ వోల్టేజ్ మరియు పెద్ద మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్ సాధించడం ప్రయోజనకరం.

తక్కువ నష్టం లిథియం నియోబేట్ సబ్‌మిక్రాన్ వేవ్‌గైడ్ కనిపించడం సాంప్రదాయ లిథియం నియోబేట్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ యొక్క అధిక డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ యొక్క అడ్డంకిని విచ్ఛిన్నం చేస్తుంది. ఎలక్ట్రోడ్ అంతరాన్ని ~ 5 μmకి తగ్గించవచ్చు మరియు ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ మరియు ఆప్టికల్ మోడ్ ఫీల్డ్ మధ్య అతివ్యాప్తి బాగా పెరుగుతుంది మరియు vπ ·L 20 V·cm కంటే ఎక్కువ నుండి 2.8 V·cm కంటే తక్కువకు తగ్గుతుంది. అందువల్ల, అదే సగం-వేవ్ వోల్టేజ్ కింద, సాంప్రదాయ మాడ్యులేటర్‌తో పోలిస్తే పరికరం యొక్క పొడవు బాగా తగ్గించబడుతుంది. అదే సమయంలో, చిత్రంలో చూపిన విధంగా, ట్రావెలింగ్ వేవ్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క వెడల్పు, మందం మరియు విరామం యొక్క పారామితులను ఆప్టిమైజ్ చేసిన తర్వాత, మాడ్యులేటర్ 100 GHz కంటే ఎక్కువ అల్ట్రా-హై మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

Fig.1 (a) లెక్కించబడిన మోడ్ పంపిణీ మరియు (b) LN వేవ్‌గైడ్ యొక్క క్రాస్-సెక్షన్ యొక్క చిత్రం

Fig.2 (a) వేవ్‌గైడ్ మరియు ఎలక్ట్రోడ్ నిర్మాణం మరియు (b) LN మాడ్యులేటర్ యొక్క కోర్‌ప్లేట్

సాంప్రదాయ లిథియం నియోబేట్ కమర్షియల్ మాడ్యులేటర్లు, సిలికాన్-ఆధారిత మాడ్యులేటర్లు మరియు ఇండియమ్ ఫాస్ఫైడ్ (ఇన్‌పి) మాడ్యులేటర్‌లు మరియు ఇప్పటికే ఉన్న ఇతర హై-స్పీడ్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్‌లతో సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్‌ల పోలిక, పోలిక యొక్క ప్రధాన పారామితులు:
(1) హాఫ్-వేవ్ వోల్ట్-పొడవు ఉత్పత్తి (vπ ·L, V·cm), మాడ్యులేటర్ యొక్క మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యాన్ని కొలిచే, చిన్న విలువ, అధిక మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యం;
(2) 3 dB మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్ (GHz), ఇది హై-ఫ్రీక్వెన్సీ మాడ్యులేషన్‌కు మాడ్యులేటర్ యొక్క ప్రతిస్పందనను కొలుస్తుంది;
(3) మాడ్యులేషన్ ప్రాంతంలో ఆప్టికల్ ఇన్సర్షన్ నష్టం (dB). సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్ మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్, హాఫ్-వేవ్ వోల్టేజ్, ఆప్టికల్ ఇంటర్‌పోలేషన్ నష్టం మొదలైన వాటిలో స్పష్టమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉందని టేబుల్ నుండి చూడవచ్చు.

సిలికాన్, ఇంటిగ్రేటెడ్ ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ యొక్క మూలస్తంభంగా, ఇప్పటివరకు అభివృద్ధి చేయబడింది, ప్రక్రియ పరిపక్వమైనది, దాని సూక్ష్మీకరణ క్రియాశీల/నిష్క్రియ పరికరాల యొక్క పెద్ద-స్థాయి ఏకీకరణకు అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు దాని మాడ్యులేటర్ ఆప్టికల్ రంగంలో విస్తృతంగా మరియు లోతుగా అధ్యయనం చేయబడింది. కమ్యూనికేషన్. సిలికాన్ యొక్క ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేషన్ మెకానిజం ప్రధానంగా క్యారియర్ డిప్లింగ్-షన్, క్యారియర్ ఇంజెక్షన్ మరియు క్యారియర్ అక్యుములేషన్. వాటిలో, మాడ్యులేటర్ యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్ లీనియర్ డిగ్రీ క్యారియర్ డిప్లీషన్ మెకానిజంతో సరైనది, అయితే ఆప్టికల్ ఫీల్డ్ డిస్ట్రిబ్యూషన్ క్షీణత ప్రాంతం యొక్క ఏకరూపతతో అతివ్యాప్తి చెందుతుంది కాబట్టి, ఈ ప్రభావం నాన్ లీనియర్ సెకండ్-ఆర్డర్ డిస్టార్షన్ మరియు థర్డ్-ఆర్డర్ ఇంటర్‌మోడ్యులేషన్ డిస్టార్షన్‌ను పరిచయం చేస్తుంది. నిబంధనలు, కాంతిపై క్యారియర్ యొక్క శోషణ ప్రభావంతో కలిపి, ఇది ఆప్టికల్ మాడ్యులేషన్ వ్యాప్తి మరియు సిగ్నల్ వక్రీకరణ తగ్గింపుకు దారి తీస్తుంది.

InP మాడ్యులేటర్ అత్యుత్తమ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ప్రభావాలను కలిగి ఉంది మరియు బహుళ-పొర క్వాంటం వెల్ నిర్మాణం Vπ·Lతో 0.156V · mm వరకు అల్ట్రా-హై రేట్ మరియు తక్కువ డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ మాడ్యులేటర్‌లను గ్రహించగలదు. అయితే, ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌తో వక్రీభవన సూచిక యొక్క వైవిధ్యం లీనియర్ మరియు నాన్ లీనియర్ పదాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ ఇంటెన్సిటీ పెరుగుదల రెండవ-ఆర్డర్ ప్రభావాన్ని ప్రముఖంగా చేస్తుంది. అందువల్ల, సిలికాన్ మరియు InP ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌లు పని చేస్తున్నప్పుడు pn జంక్షన్‌ను ఏర్పరచడానికి బయాస్‌ని వర్తింపజేయాలి మరియు pn జంక్షన్ శోషణ నష్టాన్ని వెలుగులోకి తెస్తుంది. అయితే, ఈ రెండింటి యొక్క మాడ్యులేటర్ పరిమాణం చిన్నది, వాణిజ్య InP మాడ్యులేటర్ పరిమాణం LN మాడ్యులేటర్‌లో 1/4. అధిక మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యం, ​​అధిక సాంద్రత మరియు డేటా కేంద్రాల వంటి తక్కువ దూర డిజిటల్ ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌మిషన్ నెట్‌వర్క్‌లకు అనుకూలం. లిథియం నియోబేట్ యొక్క ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ప్రభావం కాంతి శోషణ యంత్రాంగాన్ని కలిగి ఉండదు మరియు తక్కువ నష్టాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది సుదూర పొందికకు అనుకూలంగా ఉంటుంది.ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్పెద్ద సామర్థ్యం మరియు అధిక రేటుతో. మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అప్లికేషన్‌లో, Si మరియు InP యొక్క ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ కోఎఫీషియంట్స్ నాన్ లీనియర్‌గా ఉంటాయి, ఇది అధిక లీనియరిటీ మరియు లార్జ్ డైనమిక్‌లను అనుసరించే మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ సిస్టమ్‌కు తగినది కాదు. లిథియం నియోబేట్ మెటీరియల్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అప్లికేషన్‌కు చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది ఎందుకంటే దాని పూర్తిగా లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేషన్ కోఎఫీషియంట్.