மெல்லிய பட லித்தியம் நியோபேட் பொருள் மற்றும் மெல்லிய பட லித்தியம் நியோபேட் மாடுலேட்டர்

ஒருங்கிணைந்த மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தில் மெல்லிய பட லித்தியம் நியோபேட்டின் நன்மைகள் மற்றும் முக்கியத்துவம்

மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பம்பெரிய வேலை அலைவரிசை, வலுவான இணை செயலாக்க திறன் மற்றும் குறைந்த பரிமாற்ற இழப்பு ஆகியவற்றின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது, இது பாரம்பரிய மைக்ரோவேவ் அமைப்பின் தொழில்நுட்ப இடையூறுகளை உடைத்து, ரேடார், மின்னணு போர், தகவல் தொடர்பு மற்றும் அளவீடு போன்ற இராணுவ மின்னணு தகவல் உபகரணங்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்தும் திறன் கொண்டது. கட்டுப்பாடு. இருப்பினும், தனித்த சாதனங்களை அடிப்படையாகக் கொண்ட மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் அமைப்பு, பெரிய அளவு, அதிக எடை மற்றும் மோசமான நிலைத்தன்மை போன்ற சில சிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளது, இது விண்வெளி மற்றும் வான்வழி தளங்களில் மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துவதைத் தீவிரமாகக் கட்டுப்படுத்துகிறது. எனவே, ஒருங்கிணைந்த மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பம், ராணுவ மின்னணு தகவல் அமைப்பில் மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாட்டை உடைப்பதற்கும், மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தின் நன்மைகளுக்கு முழு ஆட்டத்தை வழங்குவதற்கும் முக்கிய ஆதரவாக மாறி வருகிறது.

தற்போது, ​​SI- அடிப்படையிலான ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பம் மற்றும் INP- அடிப்படையிலான ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பம் ஆப்டிகல் கம்யூனிகேஷன் துறையில் பல வருட வளர்ச்சிக்குப் பிறகு மேலும் மேலும் முதிர்ச்சியடைந்துள்ளன, மேலும் நிறைய தயாரிப்புகள் சந்தையில் வைக்கப்பட்டுள்ளன. இருப்பினும், மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாட்டிற்கு, இந்த இரண்டு வகையான ஃபோட்டான் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பங்களில் சில சிக்கல்கள் உள்ளன: எடுத்துக்காட்டாக, Si மாடுலேட்டர் மற்றும் InP மாடுலேட்டரின் நேரியல் அல்லாத மின்-ஒளியியல் குணகம் மைக்ரோவேவ் பின்பற்றும் உயர் நேரியல் மற்றும் பெரிய இயக்கவியல் பண்புகளுக்கு முரணானது. ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பம்; எடுத்துக்காட்டாக, ஒளியியல் பாதை மாறுதலை உணரும் சிலிக்கான் ஆப்டிகல் சுவிட்ச், வெப்ப-ஆப்டிகல் விளைவு, பைசோஎலக்ட்ரிக் விளைவு அல்லது கேரியர் ஊசி சிதறல் விளைவு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில், மெதுவாக மாறுதல் வேகம், மின் நுகர்வு மற்றும் வெப்ப நுகர்வு போன்ற சிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளது. பீம் ஸ்கேனிங் மற்றும் பெரிய வரிசை அளவிலான மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாடுகள்.

லித்தியம் நியோபேட் எப்போதும் அதிவேகத்திற்கான முதல் தேர்வாக இருந்து வருகிறதுஎலக்ட்ரோ-ஆப்டிக் பண்பேற்றம்அதன் சிறந்த நேரியல் மின்-ஒளி விளைவு காரணமாக பொருட்கள். இருப்பினும், பாரம்பரிய லித்தியம் நியோபேட்எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் மாடுலேட்டர்பாரிய லித்தியம் நியோபேட் படிகப் பொருட்களால் ஆனது, மேலும் சாதனத்தின் அளவு மிகப் பெரியது, இது ஒருங்கிணைந்த மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியாது. லித்தியம் நியோபேட் பொருட்களை நேரியல் எலக்ட்ரோ ஆப்டிகல் குணகத்துடன் ஒருங்கிணைந்த மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்ப அமைப்பில் எவ்வாறு ஒருங்கிணைப்பது என்பது தொடர்புடைய ஆராய்ச்சியாளர்களின் இலக்காக மாறியுள்ளது. 2018 ஆம் ஆண்டில், அமெரிக்காவில் உள்ள ஹார்வர்ட் பல்கலைக்கழகத்தின் ஆராய்ச்சிக் குழு, இயற்கையில் மெல்லிய பட லித்தியம் நியோபேட்டை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பத்தை முதன்முதலில் அறிவித்தது, ஏனெனில் இந்த தொழில்நுட்பம் அதிக ஒருங்கிணைப்பு, பெரிய எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் மாடுலேஷன் அலைவரிசை மற்றும் எலக்ட்ரோவின் உயர் நேரியல் ஆகியவற்றின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது. -ஆப்டிகல் விளைவு, ஒருமுறை தொடங்கப்பட்டது, அது உடனடியாக ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டானிக்ஸ் துறையில் கல்வி மற்றும் தொழில்துறை கவனத்தை ஏற்படுத்தியது. மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாட்டின் கண்ணோட்டத்தில், மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சியில் மெல்லிய படமான லித்தியம் நியோபேட்டின் அடிப்படையில் ஃபோட்டான் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பத்தின் செல்வாக்கு மற்றும் முக்கியத்துவத்தை இந்தக் கட்டுரை மதிப்பாய்வு செய்கிறது.

மெல்லிய பட லித்தியம் நியோபேட் பொருள் மற்றும் மெல்லிய படலம்லித்தியம் நியோபேட் மாடுலேட்டர்
சமீபத்திய இரண்டு ஆண்டுகளில், ஒரு புதிய வகை லித்தியம் நியோபேட் பொருள் வெளிவந்துள்ளது, அதாவது, லித்தியம் நியோபேட் படமானது பாரிய லித்தியம் நியோபேட் படிகத்திலிருந்து "அயன் ஸ்லைசிங்" முறையில் உரிக்கப்பட்டு, சிலிக்கா பஃபர் லேயருடன் Si வேஃபருடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது. வடிவம் LNOI (LiNbO3-ஆன்-இன்சுலேட்டர்) பொருள் [5], இந்தத் தாளில் மெல்லிய பட லித்தியம் நியோபேட் பொருள் என்று அழைக்கப்படுகிறது. 100 நானோமீட்டருக்கும் அதிகமான உயரம் கொண்ட ரிட்ஜ் அலை வழிகாட்டிகளை மெல்லிய பட லித்தியம் நியோபேட் பொருட்களில் உகந்த உலர் பொறித்தல் செயல்முறை மூலம் பொறிக்க முடியும், மேலும் உருவாக்கப்பட்ட அலை வழிகாட்டிகளின் பயனுள்ள ஒளிவிலகல் வேறுபாடு 0.8 க்கும் அதிகமாக அடையலாம் (பாரம்பரிய ஒளிவிலகல் குறியீட்டு வேறுபாட்டை விட மிக அதிகம். 0.02 இன் லித்தியம் நியோபேட் அலை வழிகாட்டிகள், படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. வலுவாக கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அலை வழிகாட்டி, மாடுலேட்டரை வடிவமைக்கும் போது ஒளி புலத்தை மைக்ரோவேவ் புலத்துடன் பொருத்துவதை எளிதாக்குகிறது. எனவே, குறைந்த அரை-அலை மின்னழுத்தம் மற்றும் பெரிய மாடுலேஷன் அலைவரிசையை குறுகிய நீளத்தில் அடைவது நன்மை பயக்கும்.

குறைந்த இழப்பு லித்தியம் நியோபேட் சப்மிக்ரான் அலை வழிகாட்டியின் தோற்றம் பாரம்பரிய லித்தியம் நியோபேட் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிக் மாடுலேட்டரின் உயர் ஓட்டுநர் மின்னழுத்தத்தின் தடையை உடைக்கிறது. மின்முனை இடைவெளியை ~ 5 μm ஆகக் குறைக்கலாம், மேலும் மின்சார புலம் மற்றும் ஆப்டிகல் பயன்முறை புலம் ஆகியவற்றுக்கு இடையே உள்ள மேலோட்டமானது பெரிதும் அதிகரிக்கிறது, மேலும் vπ ·L 20 V·cm க்கும் அதிகமாக இருந்து 2.8 V·cm க்கும் குறைவாகக் குறைகிறது. எனவே, அதே அரை-அலை மின்னழுத்தத்தின் கீழ், பாரம்பரிய மாடுலேட்டருடன் ஒப்பிடும்போது சாதனத்தின் நீளம் வெகுவாகக் குறைக்கப்படலாம். அதே நேரத்தில், படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, பயண அலை மின்முனையின் அகலம், தடிமன் மற்றும் இடைவெளியின் அளவுருக்களை மேம்படுத்திய பிறகு, மாடுலேட்டர் 100 GHz க்கும் அதிகமான அதி-உயர் மாடுலேஷன் அலைவரிசையின் திறனைக் கொண்டிருக்கலாம்.

படம்.1 (a) கணக்கிடப்பட்ட பயன்முறை விநியோகம் மற்றும் (b) LN அலை வழிகாட்டியின் குறுக்குவெட்டின் படம்

Fig.2 (a) அலை வழிகாட்டி மற்றும் மின்முனை அமைப்பு மற்றும் (b) LN மாடுலேட்டரின் கோர்பிளேட்

பாரம்பரிய லித்தியம் நியோபேட் வணிக மாடுலேட்டர்கள், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மாடுலேட்டர்கள் மற்றும் இண்டியம் பாஸ்பைடு (InP) மாடுலேட்டர்கள் மற்றும் தற்போதுள்ள மற்ற அதிவேக எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் மாடுலேட்டர்களுடன் மெல்லிய பட லித்தியம் நியோபேட் மாடுலேட்டர்களின் ஒப்பீடு, ஒப்பிடுதலின் முக்கிய அளவுருக்கள்:
(1) அரை-அலை வோல்ட்-நீளம் தயாரிப்பு (vπ ·L, V·cm), மாடுலேட்டரின் பண்பேற்றம் திறனை அளவிடும், சிறிய மதிப்பு, அதிக பண்பேற்றம் திறன்;
(2) 3 dB மாடுலேஷன் அலைவரிசை (GHz), இது உயர் அதிர்வெண் பண்பேற்றத்திற்கு மாடுலேட்டரின் பதிலை அளவிடும்;
(3) பண்பேற்றம் பகுதியில் ஆப்டிகல் செருகும் இழப்பு (dB). மெல்லிய படமான லித்தியம் நியோபேட் மாடுலேட்டர் பண்பேற்றம் அலைவரிசை, அரை-அலை மின்னழுத்தம், ஆப்டிகல் இடைக்கணிப்பு இழப்பு மற்றும் பலவற்றில் வெளிப்படையான நன்மைகளைக் கொண்டிருப்பதை அட்டவணையில் இருந்து பார்க்கலாம்.

சிலிக்கான், ஒருங்கிணைந்த ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸின் மூலக்கல்லாக, இதுவரை உருவாக்கப்பட்டது, செயல்முறை முதிர்ச்சியடைந்தது, அதன் சிறியமயமாக்கல் செயலில்/செயலற்ற சாதனங்களின் பெரிய அளவிலான ஒருங்கிணைப்புக்கு உகந்தது, மேலும் அதன் மாடுலேட்டர் ஆப்டிகல் துறையில் பரவலாகவும் ஆழமாகவும் ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. தொடர்பு. சிலிக்கானின் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் மாடுலேஷன் பொறிமுறையானது முக்கியமாக கேரியர் டிப்ளிங்-ஷன், கேரியர் இன்ஜெக்ஷன் மற்றும் கேரியர் குவிப்பு ஆகும். அவற்றுள், மாடுலேட்டரின் அலைவரிசையானது நேரியல் டிகிரி கேரியர் டிப்ளெஷன் மெக்கானிசத்துடன் உகந்ததாக உள்ளது, ஆனால் ஒளியியல் புலம் பரவல் குறைப்புப் பகுதியின் சீரற்ற தன்மையுடன் மேலெழுதுவதால், இந்த விளைவு நேரியல் அல்லாத இரண்டாம்-வரிசை சிதைவு மற்றும் மூன்றாம்-வரிசை இடைநிலை சிதைவை அறிமுகப்படுத்தும். விதிமுறைகள், ஒளியின் மீது கேரியரின் உறிஞ்சுதல் விளைவுடன் இணைந்து, இது ஆப்டிகல் மாடுலேஷன் வீச்சு மற்றும் சமிக்ஞை சிதைவைக் குறைக்க வழிவகுக்கும்.

InP மாடுலேட்டர் சிறந்த எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் விளைவுகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் பல அடுக்கு குவாண்டம் கிணறு அமைப்பு Vπ·L உடன் 0.156V · mm வரை அதி-உயர் விகிதத்தையும் குறைந்த ஓட்டுநர் மின்னழுத்த மாடுலேட்டர்களையும் உணர முடியும். இருப்பினும், மின்புலத்துடன் ஒளிவிலகல் குறியீட்டின் மாறுபாடு நேரியல் மற்றும் நேரியல் அல்லாத சொற்களை உள்ளடக்கியது, மேலும் மின்சார புலத்தின் தீவிரத்தின் அதிகரிப்பு இரண்டாம் வரிசை விளைவை முக்கியப்படுத்தும். எனவே, சிலிக்கான் மற்றும் இன்பி எலக்ட்ரோ-ஆப்டிக் மாடுலேட்டர்கள் வேலை செய்யும் போது pn சந்தியை உருவாக்க சார்புகளைப் பயன்படுத்த வேண்டும், மேலும் pn சந்திப்பு உறிஞ்சுதல் இழப்பை வெளிச்சத்திற்கு கொண்டு வரும். இருப்பினும், இந்த இரண்டின் மாடுலேட்டர் அளவு சிறியது, வணிக InP மாடுலேட்டர் அளவு LN மாடுலேட்டரில் 1/4 ஆகும். உயர் பண்பேற்றம் செயல்திறன், அதிக அடர்த்தி மற்றும் தரவு மையங்கள் போன்ற குறுகிய தூர டிஜிட்டல் ஆப்டிகல் டிரான்ஸ்மிஷன் நெட்வொர்க்குகளுக்கு ஏற்றது. லித்தியம் நியோபேட்டின் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் விளைவு ஒளி உறிஞ்சுதல் பொறிமுறை மற்றும் குறைந்த இழப்பைக் கொண்டிருக்கவில்லை, இது நீண்ட தூர ஒத்திசைவுக்கு ஏற்றது.ஒளியியல் தொடர்புபெரிய திறன் மற்றும் அதிக விகிதத்துடன். மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாட்டில், Si மற்றும் InP இன் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் குணகங்கள் நேரியல் அல்ல, இது அதிக நேரியல் மற்றும் பெரிய இயக்கவியலைப் பின்பற்றும் மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் அமைப்புக்கு ஏற்றதல்ல. லித்தியம் நியோபேட் பொருள் மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாட்டிற்கு மிகவும் பொருத்தமானது, ஏனெனில் அதன் முழு நேரியல் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிக் மாடுலேஷன் குணகம்.