సన్నని పొర లిథియం నియోబేట్ పదార్థం మరియు సన్నని పొర లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్

ఇంటిగ్రేటెడ్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీలో సన్నని పొర లిథియం నియోబేట్ యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు ప్రాముఖ్యత.

మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీపెద్ద పని బ్యాండ్‌విడ్త్, బలమైన సమాంతర ప్రాసెసింగ్ సామర్థ్యం మరియు తక్కువ ప్రసార నష్టం వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది, ఇది సాంప్రదాయ మైక్రోవేవ్ వ్యవస్థ యొక్క సాంకేతిక అడ్డంకులను ఛేదించే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు రాడార్, ఎలక్ట్రానిక్ వార్‌ఫేర్, కమ్యూనికేషన్ మరియు కొలత మరియు నియంత్రణ వంటి సైనిక ఎలక్ట్రానిక్ సమాచార పరికరాల పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది. అయితే, వివిక్త పరికరాలపై ఆధారపడిన మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ వ్యవస్థ పెద్ద వాల్యూమ్, భారీ బరువు మరియు పేలవమైన స్థిరత్వం వంటి కొన్ని సమస్యలను కలిగి ఉంది, ఇవి అంతరిక్ష మరియు వాయుమార్గాన ప్లాట్‌ఫారమ్‌లలో మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ యొక్క అనువర్తనాన్ని తీవ్రంగా పరిమితం చేస్తాయి. అందువల్ల, మిలిటరీ ఎలక్ట్రానిక్ సమాచార వ్యవస్థలో మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ యొక్క అనువర్తనాన్ని విచ్ఛిన్నం చేయడానికి మరియు మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ యొక్క ప్రయోజనాలకు పూర్తి ఆట ఇవ్వడానికి 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 ఉత్పత్తులను మార్కెట్లోకి ప్రవేశపెట్టారు. అయితే, మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ యొక్క అప్లికేషన్ కోసం, ఈ రెండు రకాల ఫోటాన్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీలలో కొన్ని సమస్యలు ఉన్నాయి: ఉదాహరణకు, Si మాడ్యులేటర్ మరియు InP మాడ్యులేటర్ యొక్క నాన్ లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ కోఎఫీషియంట్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ అనుసరించే అధిక లీనియారిటీ మరియు పెద్ద డైనమిక్ లక్షణాలకు విరుద్ధంగా ఉంటుంది; 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 ఉంది, ఇది వేగవంతమైన బీమ్ స్కానింగ్ మరియు పెద్ద శ్రేణి స్కేల్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అప్లికేషన్‌లను తీర్చలేవు.

అధిక వేగానికి లిథియం నియోబేట్ ఎల్లప్పుడూ మొదటి ఎంపిక.ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేషన్దాని అద్భుతమైన లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ ప్రభావం కారణంగా పదార్థాలు. అయితే, సాంప్రదాయ లిథియం నియోబేట్ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్భారీ లిథియం నియోబేట్ క్రిస్టల్ పదార్థంతో తయారు చేయబడింది మరియు పరికరం పరిమాణం చాలా పెద్దది, ఇది ఇంటిగ్రేటెడ్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ అవసరాలను తీర్చదు. లిథియం నియోబేట్ పదార్థాలను లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ కోఎఫీషియంట్‌తో ఇంటిగ్రేటెడ్ మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ సిస్టమ్‌లో ఎలా అనుసంధానించాలి అనేది సంబంధిత పరిశోధకుల లక్ష్యంగా మారింది. 2018లో, యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లోని హార్వర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం నుండి ఒక పరిశోధనా బృందం మొదట ప్రకృతిలో సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ ఆధారంగా ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీని నివేదించింది, ఎందుకంటే ఈ సాంకేతికత అధిక ఇంటిగ్రేషన్, పెద్ద ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ప్రభావం యొక్క అధిక లీనియారిటీ యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది, ఒకసారి ప్రారంభించబడిన తర్వాత, ఇది వెంటనే ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేషన్ మరియు మైక్రోవేవ్ ఫోటోనిక్స్ రంగంలో విద్యా మరియు పారిశ్రామిక దృష్టిని కలిగించింది. మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అప్లికేషన్ దృక్కోణం నుండి, ఈ పత్రం మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధిపై సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ ఆధారంగా ఫోటాన్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీ ప్రభావం మరియు ప్రాముఖ్యతను సమీక్షిస్తుంది.

సన్నని పొర లిథియం నియోబేట్ పదార్థం మరియు సన్నని పొరలిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్
ఇటీవలి రెండు సంవత్సరాలలో, ఒక కొత్త రకం లిథియం నియోబేట్ పదార్థం ఉద్భవించింది, అంటే, లిథియం నియోబేట్ ఫిల్మ్‌ను "అయాన్ స్లైసింగ్" పద్ధతి ద్వారా భారీ లిథియం నియోబేట్ క్రిస్టల్ నుండి ఎక్స్‌ఫోలియేట్ చేసి, సిలికా బఫర్ పొరతో Si వేఫర్‌తో బంధించి LNOI (LiNbO3-ఆన్-ఇన్సులేటర్) మెటీరియల్ [5] ను ఏర్పరుస్తుంది, దీనిని ఈ కాగితంలో సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ మెటీరియల్ అని పిలుస్తారు. 100 నానోమీటర్ల కంటే ఎక్కువ ఎత్తు ఉన్న రిడ్జ్ వేవ్‌గైడ్‌లను ఆప్టిమైజ్ చేసిన డ్రై ఎచింగ్ ప్రక్రియ ద్వారా సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ పదార్థాలపై చెక్కవచ్చు మరియు ఏర్పడిన వేవ్‌గైడ్‌ల ప్రభావవంతమైన వక్రీభవన సూచిక వ్యత్యాసం 0.8 కంటే ఎక్కువ (సాంప్రదాయ లిథియం నియోబేట్ వేవ్‌గైడ్‌ల వక్రీభవన సూచిక వ్యత్యాసం 0.02 కంటే చాలా ఎక్కువ) చేరుకుంటుంది, చిత్రం 1లో చూపిన విధంగా. బలంగా పరిమితం చేయబడిన వేవ్‌గైడ్ మాడ్యులేటర్‌ను రూపొందించేటప్పుడు కాంతి క్షేత్రాన్ని మైక్రోవేవ్ ఫీల్డ్‌తో సరిపోల్చడాన్ని సులభతరం చేస్తుంది. అందువల్ల, తక్కువ పొడవులో తక్కువ హాఫ్-వేవ్ వోల్టేజ్ మరియు పెద్ద మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను సాధించడం ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది.

తక్కువ నష్టం కలిగిన లిథియం నియోబేట్ సబ్‌మిక్రాన్ వేవ్‌గైడ్ కనిపించడం వలన సాంప్రదాయ లిథియం నియోబేట్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ యొక్క అధిక డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ యొక్క అడ్డంకి తొలగిపోతుంది. ఎలక్ట్రోడ్ అంతరాన్ని ~ 5 μmకి తగ్గించవచ్చు మరియు విద్యుత్ క్షేత్రం 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 హాఫ్-వేవ్ వోల్టేజ్ కింద, సాంప్రదాయ మాడ్యులేటర్‌తో పోలిస్తే పరికరం యొక్క పొడవును బాగా తగ్గించవచ్చు. 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) లెక్కించిన మోడ్ పంపిణీ మరియు LN వేవ్‌గైడ్ యొక్క క్రాస్-సెక్షన్ యొక్క (b) చిత్రం

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

సాంప్రదాయ లిథియం నియోబేట్ వాణిజ్య మాడ్యులేటర్లు, సిలికాన్-ఆధారిత మాడ్యులేటర్లు మరియు ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP) మాడ్యులేటర్లు మరియు ఇప్పటికే ఉన్న ఇతర హై-స్పీడ్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్లతో సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్ల పోలిక, పోలిక యొక్క ప్రధాన పారామితులు:
(1) హాఫ్-వేవ్ వోల్ట్-లెంగ్త్ ప్రొడక్ట్ (vπ ·L, V·cm), మాడ్యులేటర్ యొక్క మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యాన్ని కొలుస్తుంది, విలువ తక్కువగా ఉంటే, మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యం ఎక్కువగా ఉంటుంది;
(2) 3 dB మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్ (GHz), ఇది అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ మాడ్యులేషన్‌కు మాడ్యులేటర్ యొక్క ప్రతిస్పందనను కొలుస్తుంది;
(3) మాడ్యులేషన్ ప్రాంతంలో ఆప్టికల్ ఇన్సర్షన్ లాస్ (dB). మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్, హాఫ్-వేవ్ వోల్టేజ్, ఆప్టికల్ ఇంటర్‌పోలేషన్ లాస్ మొదలైన వాటిలో సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్ స్పష్టమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉందని పట్టిక నుండి చూడవచ్చు.

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

InP మాడ్యులేటర్ అత్యుత్తమ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ప్రభావాలను కలిగి ఉంది మరియు బహుళ-పొర క్వాంటం బావి నిర్మాణం 0.156V · mm వరకు Vπ·L తో అల్ట్రా-హై రేట్ మరియు తక్కువ డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ మాడ్యులేటర్లను గ్రహించగలదు. అయితే, విద్యుత్ క్షేత్రంతో వక్రీభవన సూచిక యొక్క వైవిధ్యం లీనియర్ మరియు నాన్‌లీనియర్ పదాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు విద్యుత్ క్షేత్ర తీవ్రత పెరుగుదల రెండవ-ఆర్డర్ ప్రభావాన్ని ప్రముఖంగా చేస్తుంది. అందువల్ల, సిలికాన్ మరియు InP ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్లు పనిచేసేటప్పుడు pn జంక్షన్‌ను రూపొందించడానికి బయాస్‌ను వర్తింపజేయాలి మరియు pn జంక్షన్ కాంతికి శోషణ నష్టాన్ని తెస్తుంది. అయితే, ఈ రెండింటి యొక్క మాడ్యులేటర్ పరిమాణం చిన్నది, వాణిజ్య InP మాడ్యులేటర్ పరిమాణం LN మాడ్యులేటర్‌లో 1/4. అధిక మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యం, ​​అధిక సాంద్రత మరియు తక్కువ దూర డిజిటల్ ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌మిషన్ నెట్‌వర్క్‌లకు అనుకూలం. లిథియం నియోబేట్ యొక్క ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ప్రభావానికి కాంతి శోషణ యంత్రాంగం మరియు తక్కువ నష్టం లేదు, ఇది సుదూర కోహెరెంట్‌కు అనుకూలంగా ఉంటుంది.ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్పెద్ద సామర్థ్యం మరియు అధిక రేటుతో. మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అప్లికేషన్‌లో, Si మరియు InP యొక్క ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ కోఎఫీషియంట్లు నాన్‌లీనియర్‌గా ఉంటాయి, ఇది అధిక లీనియరిటీ మరియు పెద్ద డైనమిక్స్‌ను అనుసరించే మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ సిస్టమ్‌కు తగినది కాదు. లిథియం నియోబేట్ పదార్థం పూర్తిగా లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేషన్ కోఎఫీషియంట్ కారణంగా మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అప్లికేషన్‌కు చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది.