పలుచని పొర లిథియం నియోబేట్ పదార్థం మరియు పలుచని పొర లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్

సమీకృత మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీలో సన్నని పొర లిథియం నియోబేట్ యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు ప్రాముఖ్యత

మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీఅధిక వర్కింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్, బలమైన సమాంతర ప్రాసెసింగ్ సామర్థ్యం మరియు తక్కువ ప్రసార నష్టం వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉండటం వలన, ఇది సాంప్రదాయ మైక్రోవేవ్ వ్యవస్థ యొక్క సాంకేతిక అవరోధాన్ని అధిగమించి, రాడార్, ఎలక్ట్రానిక్ వార్‌ఫేర్, కమ్యూనికేషన్ మరియు కొలత మరియు నియంత్రణ వంటి సైనిక ఎలక్ట్రానిక్ సమాచార పరికరాల పనితీరును మెరుగుపరిచే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది. అయితే, వివిక్త పరికరాలపై ఆధారపడిన మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ వ్యవస్థలో అధిక పరిమాణం, అధిక బరువు మరియు పేలవమైన స్థిరత్వం వంటి కొన్ని సమస్యలు ఉన్నాయి, ఇవి అంతరిక్ష మరియు వైమానిక ప్లాట్‌ఫారమ్‌లలో మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ సాంకేతికత యొక్క అనువర్తనాన్ని తీవ్రంగా పరిమితం చేస్తాయి. అందువల్ల, సైనిక ఎలక్ట్రానిక్ సమాచార వ్యవస్థలో మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అనువర్తనాన్ని అధిగమించడానికి మరియు మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ సాంకేతికత యొక్క ప్రయోజనాలను పూర్తిగా వినియోగించుకోవడానికి సమీకృత మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ సాంకేతికత 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. అయితే, మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అనువర్తనానికి సంబంధించి, ఈ రెండు రకాల ఫోటాన్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీలలో కొన్ని సమస్యలు ఉన్నాయి: ఉదాహరణకు, Si మాడ్యులేటర్ మరియు InP మాడ్యులేటర్ యొక్క నాన్-లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ కోఎఫిషియంట్, మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ ఆశించే అధిక లీనియారిటీ మరియు పెద్ద డైనమిక్ లక్షణాలకు విరుద్ధంగా ఉంటుంది; ఉదాహరణకు, థర్మల్-ఆప్టికల్ ఎఫెక్ట్, పీజోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్, లేదా క్యారియర్ ఇంజెక్షన్ డిస్పర్షన్ ఎఫెక్ట్ ఆధారంగా ఆప్టికల్ పాత్ స్విచ్చింగ్‌ను సాధించే సిలికాన్ ఆప్టికల్ స్విచ్, నెమ్మదైన స్విచ్చింగ్ వేగం, విద్యుత్ వినియోగం మరియు ఉష్ణ వినియోగం వంటి సమస్యలను కలిగి ఉంది, ఇది వేగవంతమైన బీమ్ స్కానింగ్ మరియు పెద్ద శ్రేణి స్థాయి మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అనువర్తనాలకు సరిపోదు.

అధిక వేగం కోసం లిథియం నియోబేట్ ఎల్లప్పుడూ మొదటి ఎంపికగా ఉందిఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేషన్దాని అద్భుతమైన లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ ప్రభావం కారణంగా పదార్థాలు. అయితే, సాంప్రదాయ లిథియం నియోబేట్ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్ఇది భారీ లిథియం నియోబేట్ క్రిస్టల్ పదార్థంతో తయారు చేయబడింది మరియు పరికరం పరిమాణం చాలా పెద్దదిగా ఉండటం వల్ల, ఇది సమీకృత మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ అవసరాలను తీర్చలేదు. సరళ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ గుణకం కలిగిన లిథియం నియోబేట్ పదార్థాలను సమీకృత మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ వ్యవస్థలో ఎలా ఏకీకృతం చేయాలనేది సంబంధిత పరిశోధకుల లక్ష్యంగా మారింది. 2018లో, యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లోని హార్వర్డ్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన ఒక పరిశోధన బృందం, సన్నని పొర లిథియం నియోబేట్ ఆధారిత ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీని నేచర్‌లో మొదటిసారిగా నివేదించింది. ఈ టెక్నాలజీకి అధిక ఇంటిగ్రేషన్, పెద్ద ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ప్రభావం యొక్క అధిక సరళత వంటి ప్రయోజనాలు ఉన్నందున, ఇది ప్రారంభమైన వెంటనే, ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేషన్ మరియు మైక్రోవేవ్ ఫోటోనిక్స్ రంగంలో విద్యా మరియు పారిశ్రామిక దృష్టిని ఆకర్షించింది. మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అప్లికేషన్ దృక్కోణం నుండి, ఈ పత్రం సన్నని పొర లిథియం నియోబేట్ ఆధారిత ఫోటాన్ ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీ యొక్క ప్రభావం మరియు ప్రాముఖ్యతను మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధిపై సమీక్షిస్తుంది.

పలుచని పొర లిథియం నియోబేట్ పదార్థం మరియు పలుచని పొరలిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్
గత రెండు సంవత్సరాలలో, ఒక కొత్త రకం లిథియం నియోబేట్ పదార్థం ఉద్భవించింది, అంటే, "అయాన్ స్లైసింగ్" పద్ధతి ద్వారా భారీ లిథియం నియోబేట్ క్రిస్టల్ నుండి లిథియం నియోబేట్ ఫిల్మ్‌ను వేరుచేసి, సిలికా బఫర్ లేయర్‌తో Si వేఫర్‌కు బంధించి LNOI (LiNbO3-ఆన్-ఇన్సులేటర్) పదార్థాన్ని ఏర్పరుస్తారు [5], దీనిని ఈ పేపర్‌లో సన్నని పొర లిథియం నియోబేట్ పదార్థం అని పిలుస్తారు. ఆప్టిమైజ్ చేసిన డ్రై ఎచింగ్ ప్రక్రియ ద్వారా సన్నని పొర లిథియం నియోబేట్ పదార్థాలపై 100 నానోమీటర్ల కంటే ఎక్కువ ఎత్తు ఉన్న రిడ్జ్ వేవ్‌గైడ్‌లను చెక్కవచ్చు, మరియు ఏర్పడిన వేవ్‌గైడ్‌ల యొక్క ప్రభావవంతమైన వక్రీభవన సూచిక వ్యత్యాసం 0.8 కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది (సాంప్రదాయ లిథియం నియోబేట్ వేవ్‌గైడ్‌ల వక్రీభవన సూచిక వ్యత్యాసం 0.02 కంటే చాలా ఎక్కువ), ఇది చిత్రం 1లో చూపబడింది. మాడ్యులేటర్‌ను డిజైన్ చేసేటప్పుడు, బలంగా పరిమితం చేయబడిన వేవ్‌గైడ్ కాంతి క్షేత్రాన్ని మైక్రోవేవ్ క్షేత్రంతో సరిపోల్చడాన్ని సులభతరం చేస్తుంది. అందువల్ల, తక్కువ పొడవులో తక్కువ హాఫ్-వేవ్ వోల్టేజ్ మరియు పెద్ద మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను సాధించడం ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది.

తక్కువ నష్టం గల లిథియం నియోబేట్ సబ్‌మైక్రాన్ వేవ్‌గైడ్ ఆవిర్భావం, సాంప్రదాయ లిథియం నియోబేట్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌లో ఉండే అధిక డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ అనే అవరోధాన్ని అధిగమిస్తుంది. ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య దూరాన్ని ~ 5 μm వరకు తగ్గించవచ్చు, మరియు విద్యుత్ క్షేత్రం మరియు ఆప్టికల్ మోడ్ క్షేత్రం మధ్య అతివ్యాప్తి బాగా పెరుగుతుంది, అలాగే vπ ·L విలువ 20 V·cm కంటే ఎక్కువ నుండి 2.8 V·cm కంటే తక్కువకు తగ్గుతుంది. అందువల్ల, సాంప్రదాయ మాడ్యులేటర్‌తో పోలిస్తే, అదే హాఫ్-వేవ్ వోల్టేజ్ వద్ద పరికరం పొడవును బాగా తగ్గించవచ్చు. అదే సమయంలో, చిత్రంలో చూపిన విధంగా, ట్రావెలింగ్ వేవ్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క వెడల్పు, మందం మరియు అంతరం వంటి పారామితులను ఆప్టిమైజ్ చేసిన తర్వాత, ఈ మాడ్యులేటర్ 100 GHz కంటే ఎక్కువ అల్ట్రా-హై మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

పటం 1 (ఎ) లెక్కించబడిన మోడ్ పంపిణీ మరియు (బి) LN వేవ్‌గైడ్ యొక్క క్రాస్-సెక్షన్ చిత్రం

పటం 2 (ఎ) వేవ్‌గైడ్ మరియు ఎలక్ట్రోడ్ నిర్మాణం మరియు (బి) LN మాడ్యులేటర్ యొక్క కోర్‌ప్లేట్

సన్నని పొర లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్లను సాంప్రదాయ వాణిజ్య లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్లు, సిలికాన్ ఆధారిత మాడ్యులేటర్లు, ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP) మాడ్యులేటర్లు మరియు ఇతర ప్రస్తుత హై-స్పీడ్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్లతో పోల్చడం, ఈ పోలికలోని ప్రధాన పారామితులు:
(1) హాఫ్-వేవ్ వోల్ట్-లెంగ్త్ ప్రొడక్ట్ (vπ ·L, V·cm), మాడ్యులేటర్ యొక్క మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యాన్ని కొలుస్తుంది, విలువ ఎంత తక్కువగా ఉంటే, మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యం అంత 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 థిన్ ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్‌కు స్పష్టమైన ప్రయోజనాలు ఉన్నాయని పట్టిక నుండి చూడవచ్చు.

సమీకృత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్‌కు మూలస్తంభమైన సిలికాన్, ఇప్పటివరకు బాగా అభివృద్ధి చెందింది, దాని తయారీ ప్రక్రియ పరిపక్వమైంది, దాని సూక్ష్మీకరణ యాక్టివ్/పాసివ్ పరికరాల భారీ-స్థాయి సమీకరణకు దోహదపడుతుంది, మరియు దాని మాడ్యులేటర్ ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ రంగంలో విస్తృతంగా మరియు లోతుగా అధ్యయనం చేయబడింది. సిలికాన్ యొక్క ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేషన్ యంత్రాంగం ప్రధానంగా క్యారియర్ క్షీణత, క్యారియర్ ఇంజెక్షన్ మరియు క్యారియర్ సంచయనం. వీటిలో, లీనియర్ డిగ్రీ క్యారియర్ క్షీణత యంత్రాంగంతో మాడ్యులేటర్ యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్ ఉత్తమంగా ఉంటుంది, కానీ ఆప్టికల్ ఫీల్డ్ పంపిణీ క్షీణత ప్రాంతం యొక్క అసమానతతో అతివ్యాప్తి చెందడం వలన, ఈ ప్రభావం కాంతిపై క్యారియర్ యొక్క శోషణ ప్రభావంతో కలిసి, నాన్-లీనియర్ రెండవ-క్రమ వక్రీకరణ మరియు మూడవ-క్రమ ఇంటర్‌మాడ్యులేషన్ వక్రీకరణ పదాలను పరిచయం చేస్తుంది, ఇది ఆప్టికల్ మాడ్యులేషన్ వ్యాప్తి తగ్గింపుకు మరియు సిగ్నల్ వక్రీకరణకు దారితీస్తుంది.

InP మాడ్యులేటర్‌కు అద్భుతమైన ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ప్రభావాలు ఉన్నాయి, మరియు దాని బహుళ-పొర క్వాంటం వెల్ నిర్మాణం, 0.156V · mm వరకు Vπ·L తో అతి-అధిక రేటు మరియు తక్కువ డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ మాడ్యులేటర్లను సాకారం చేయగలదు. అయితే, విద్యుత్ క్షేత్రంతో వక్రీభవన సూచికలో వచ్చే మార్పులో రేఖీయ మరియు అరేఖీయ పదాలు ఉంటాయి, మరియు విద్యుత్ క్షేత్ర తీవ్రత పెరగడం వల్ల రెండవ-క్రమ ప్రభావం ప్రముఖంగా కనిపిస్తుంది. అందువల్ల, సిలికాన్ మరియు InP ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్లు పనిచేసేటప్పుడు pn జంక్షన్‌ను ఏర్పరచడానికి బయాస్‌ను వర్తింపజేయాలి, మరియు pn జంక్షన్ కాంతికి శోషణ నష్టాన్ని కలిగిస్తుంది. అయితే, ఈ రెండింటి మాడ్యులేటర్ పరిమాణం చిన్నది, వాణిజ్య InP మాడ్యులేటర్ పరిమాణం LN మాడ్యులేటర్‌లో 1/4 వంతు ఉంటుంది. అధిక మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యం, ​​డేటా సెంటర్ల వంటి అధిక సాంద్రత మరియు తక్కువ దూర డిజిటల్ ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌మిషన్ నెట్‌వర్క్‌లకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. లిథియం నియోబేట్ యొక్క ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ప్రభావానికి కాంతి శోషణ యంత్రాంగం లేదు మరియు తక్కువ నష్టం ఉంటుంది, ఇది సుదూర సంబద్ధ ప్రసారానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది.ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్అధిక సామర్థ్యం మరియు అధిక రేటుతో. మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అనువర్తనంలో, Si మరియు InP యొక్క ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ గుణకాలు నాన్-లీనియర్‌గా ఉంటాయి, ఇది అధిక లీనియారిటీ మరియు పెద్ద డైనమిక్స్‌ను కోరుకునే మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ వ్యవస్థకు తగినది కాదు. లిథియం నియోబేట్ పదార్థం దాని పూర్తిగా లీనియర్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేషన్ గుణకం కారణంగా మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అనువర్తనానికి చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది.