තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් ද්‍රව්‍ය සහ තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් මොඩියුලේටරය

ඒකාබද්ධ ක්ෂුද්‍ර තරංග ෆෝටෝන තාක්ෂණයේ තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් වල වාසි සහ වැදගත්කම.

මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන තාක්ෂණයවිශාල ක්‍රියාකාරී කලාප පළලක්, ශක්තිමත් සමාන්තර සැකසුම් හැකියාව සහ අඩු සම්ප්‍රේෂණ අලාභයේ වාසි ඇති අතර, එමඟින් සාම්ප්‍රදායික ක්ෂුද්‍ර තරංග පද්ධතියේ තාක්ෂණික බාධක බිඳ දැමීමට සහ රේඩාර්, ඉලෙක්ට්‍රොනික යුද්ධ, සන්නිවේදනය සහ මිනුම් සහ පාලනය වැනි මිලිටරි ඉලෙක්ට්‍රොනික තොරතුරු උපකරණවල ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීමට හැකියාව ඇත. කෙසේ වෙතත්, විවික්ත උපාංග මත පදනම් වූ ක්ෂුද්‍ර තරංග ෆෝටෝන පද්ධතියට විශාල පරිමාව, අධික බර සහ දුර්වල ස්ථාවරත්වය වැනි ගැටළු ඇති අතර එමඟින් අභ්‍යවකාශගත සහ ගුවන් වේදිකාවල මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන තාක්ෂණය යෙදීම බරපතල ලෙස සීමා කරයි. එබැවින්, ඒකාබද්ධ මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන තාක්ෂණය මිලිටරි ඉලෙක්ට්‍රොනික තොරතුරු පද්ධතියේ මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන යෙදීම බිඳ දැමීමට සහ මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන තාක්ෂණයේ වාසි සඳහා පූර්ණ දායකත්වයක් ලබා දීමට වැදගත් සහායක් බවට පත්වෙමින් තිබේ.

වර්තමානයේ, දෘශ්‍ය සන්නිවේදන ක්ෂේත්‍රයේ වසර ගණනාවක සංවර්ධනයෙන් පසු SI මත පදනම් වූ ෆෝටෝනික් ඒකාබද්ධ කිරීමේ තාක්ෂණය සහ INP මත පදනම් වූ ෆෝටෝනික් ඒකාබද්ධ කිරීමේ තාක්ෂණය වඩ වඩාත් පරිණත වී ඇති අතර, නිෂ්පාදන රාශියක් වෙළඳපොළට ඉදිරිපත් කර ඇත. කෙසේ වෙතත්, මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝනයේ යෙදීම සඳහා, මෙම ෆෝටෝන ඒකාබද්ධ කිරීමේ තාක්ෂණයන් දෙකෙහි යම් ගැටළු තිබේ: නිදසුනක් ලෙස, Si මොඩියුලේටරයේ සහ InP මොඩියුලේටරයේ රේඛීය නොවන විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය සංගුණකය මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන තාක්‍ෂණය විසින් අනුගමනය කරන ඉහළ රේඛීයතාවයට සහ විශාල ගතික ලක්ෂණ වලට පටහැනිය; නිදසුනක් ලෙස, තාප-දෘශ්‍ය ආචරණය, පීසෝ විද්‍යුත් ආචරණය හෝ වාහක එන්නත් විසරණ ආචරණය මත පදනම් වූ දෘශ්‍ය මාර්ග මාරු කිරීම සාක්ෂාත් කර ගන්නා සිලිකන් දෘශ්‍ය ස්විචයට මන්දගාමී මාරු කිරීමේ වේගය, බල පරිභෝජනය සහ තාප පරිභෝජනය යන ගැටළු ඇති අතර, එය වේගවත් කදම්භ ස්කෑන් කිරීම සහ විශාල අරා පරිමාණ මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන යෙදුම් සපුරාලිය නොහැක.

ලිතියම් නියෝබේට් සෑම විටම අධිවේගී සඳහා පළමු තේරීම වී ඇත.විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය මොඩියුලේෂන්එහි විශිෂ්ට රේඛීය විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය ආචරණය නිසා ද්‍රව්‍ය. කෙසේ වෙතත්, සාම්ප්‍රදායික ලිතියම් නියෝබේට්විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය මොඩියුලේටරයදැවැන්ත ලිතියම් නියෝබේට් ස්ඵටික ද්‍රව්‍ය වලින් සාදා ඇති අතර, උපාංගයේ ප්‍රමාණය ඉතා විශාල වන අතර එමඟින් ඒකාබද්ධ මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන තාක්ෂණයේ අවශ්‍යතා සපුරාලිය නොහැක. ලිතියම් නියෝබේට් ද්‍රව්‍ය රේඛීය විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය සංගුණකය සමඟ ඒකාබද්ධ මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන තාක්‍ෂණ පද්ධතියට ඒකාබද්ධ කරන්නේ කෙසේද යන්න අදාළ පර්යේෂකයන්ගේ ඉලක්කය වී ඇත. 2018 දී, එක්සත් ජනපදයේ හාවඩ් විශ්ව විද්‍යාලයේ පර්යේෂණ කණ්ඩායමක් ස්වභාවධර්මයේ තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් මත පදනම් වූ ෆෝටෝනික් ඒකාබද්ධ කිරීමේ තාක්ෂණය ප්‍රථම වරට වාර්තා කළේ, තාක්‍ෂණයට ඉහළ ඒකාබද්ධ කිරීම, විශාල විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය මොඩියුලේෂන් කලාප පළල සහ විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය ආචරණයේ ඉහළ රේඛීයතාවයේ වාසි ඇති බැවින්, දියත් කළ පසු, එය වහාම ෆෝටෝනික් ඒකාබද්ධ කිරීම සහ මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝනික්ස් ක්ෂේත්‍රයේ ශාස්ත්‍රීය හා කාර්මික අවධානයට හේතු විය. මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන යෙදුමේ දෘෂ්ටිකෝණයෙන්, මෙම පත්‍රිකාව මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන තාක්ෂණයේ සංවර්ධනය කෙරෙහි තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් මත පදනම් වූ ෆෝටෝන ඒකාබද්ධ කිරීමේ තාක්ෂණයේ බලපෑම සහ වැදගත්කම සමාලෝචනය කරයි.

තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් ද්‍රව්‍ය සහ තුනී පටලලිතියම් නියෝබේට් මොඩියුලේටරය
මෑත වසර දෙක තුළ, නව ආකාරයේ ලිතියම් නියෝබේට් ද්‍රව්‍යයක් මතු වී ඇත, එනම්, ලිතියම් නියෝබේට් පටලය "අයන පෙති කැපීමේ" ක්‍රමය මගින් දැවැන්ත ලිතියම් නියෝබේට් ස්ඵටිකයෙන් ඉවත් කර සිලිකා බෆර තට්ටුවක් සමඟ Si වේෆරයට බන්ධනය කර LNOI (LiNbO3-On-පරිවාරක) ද්‍රව්‍යයක් සාදයි [5], එය මෙම පත්‍රිකාවේ තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් ද්‍රව්‍ය ලෙස හැඳින්වේ. නැනෝමීටර 100 ට වැඩි උසකින් යුත් රිජ් තරංග මාර්ගෝපදේශ, ප්‍රශස්ත වියළි කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලියක් මගින් තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් ද්‍රව්‍ය මත කැටයම් කළ හැකි අතර, සාදන ලද තරංග මාර්ගෝපදේශවල ඵලදායී වර්තන දර්ශක වෙනස 0.8 ට වඩා වැඩි විය හැකිය (සාම්ප්‍රදායික ලිතියම් නියෝබේට් තරංග මාර්ගෝපදේශවල වර්තන දර්ශක වෙනස 0.02 ට වඩා බෙහෙවින් වැඩි), රූපය 1 හි පෙන්වා ඇති පරිදි. දැඩි ලෙස සීමා කරන ලද තරංග මාර්ගෝපදේශය මොඩියුලේටරය නිර්මාණය කිරීමේදී ආලෝක ක්ෂේත්‍රය මයික්‍රෝවේව් ක්ෂේත්‍රය සමඟ ගැලපීම පහසු කරයි. මේ අනුව, කෙටි දිගකින් අඩු අර්ධ තරංග වෝල්ටීයතාවය සහ විශාල මොඩියුලේෂන් කලාප පළලක් ලබා ගැනීම ප්‍රයෝජනවත් වේ.

අඩු පාඩු ලිතියම් නියෝබේට් උපමික්රෝන තරංග මාර්ගෝපදේශයේ පෙනුම සාම්ප්‍රදායික ලිතියම් නියෝබේට් විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය මොඩියුලේටරයේ ඉහළ ධාවන වෝල්ටීයතාවයේ බාධකය බිඳ දමයි. ඉලෙක්ට්‍රෝඩ පරතරය ~ 5 μm දක්වා අඩු කළ හැකි අතර, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය සහ දෘශ්‍ය මාදිලි ක්ෂේත්‍රය අතර අතිච්ඡාදනය බෙහෙවින් වැඩි වන අතර vπ ·L 20 V·cm ට වැඩි සිට 2.8 V·cm ට අඩු වේ. එබැවින්, එකම අර්ධ තරංග වෝල්ටීයතාවය යටතේ, සාම්ප්‍රදායික මොඩියුලේටරය හා සසඳන විට උපාංගයේ දිග බෙහෙවින් අඩු කළ හැකිය. ඒ සමඟම, ගමන් කරන තරංග ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ පළල, ඝණකම සහ පරතරයේ පරාමිතීන් ප්‍රශස්ත කිරීමෙන් පසුව, රූපයේ දැක්වෙන පරිදි, මොඩියුලේටරයට 100 GHz ට වැඩි අතිශය ඉහළ මොඩියුලේෂන් කලාප පළලක් ලබා ගැනීමේ හැකියාව තිබිය හැකිය.

රූපය 1 (a) ගණනය කළ මාදිලි ව්‍යාප්තිය සහ LN තරංග මාර්ගෝපදේශයේ හරස්කඩේ (b) රූපය

රූපය 2 (a) තරංග මාර්ගෝපදේශය සහ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ව්‍යුහය සහ LN මොඩියුලේටරයේ (b) හර තහඩුව

තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් මොඩියුලේටර්, සාම්ප්‍රදායික ලිතියම් නියෝබේට් වාණිජ මොඩියුලේටර්, සිලිකන් පාදක මොඩියුලේටර් සහ ඉන්ඩියම් පොස්ෆයිඩ් (InP) මොඩියුලේටර් සහ අනෙකුත් පවතින අධිවේගී විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය මොඩියුලේටර් සමඟ සංසන්දනය කිරීමේදී, සංසන්දනයේ ප්‍රධාන පරාමිතීන් අතරට:
(1) අර්ධ තරංග වෝල්ට්-දිග නිෂ්පාදනය (vπ ·L, V·cm), මොඩියුලේටරයේ මොඩියුලේෂන් කාර්යක්ෂමතාව මනින විට, අගය කුඩා වන තරමට මොඩියුලේෂන් කාර්යක්ෂමතාව වැඩි වේ;
(2) 3 dB මොඩියුලේෂන් කලාප පළල (GHz), එය අධි-සංඛ්‍යාත මොඩියුලේෂණයට මොඩියුලේටරයේ ප්‍රතිචාරය මනින;
(3) මොඩියුලේෂන් කලාපයේ දෘශ්‍ය ඇතුළු කිරීමේ අලාභය (dB). තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් මොඩියුලේටරය මොඩියුලේෂන් කලාප පළල, අර්ධ තරංග වෝල්ටීයතාවය, දෘශ්‍ය අන්තර් පොලීකරණ අලාභය යනාදියෙහි පැහැදිලි වාසි ඇති බව වගුවෙන් දැකිය හැකිය.

ඒකාබද්ධ දෘෂ්ටි ඉලෙක්ට්‍රොනික විද්‍යාවේ මූලික ගල ලෙස සිලිකන් මේ වන විට සංවර්ධනය කර ඇති අතර, ක්‍රියාවලිය පරිණත වී ඇත, එහි කුඩාකරණය ක්‍රියාකාරී/නිෂ්ක්‍රීය උපාංගවල මහා පරිමාණ ඒකාබද්ධතාවයට හිතකර වන අතර, එහි මොඩියුලේටරය දෘශ්‍ය සන්නිවේදන ක්ෂේත්‍රය තුළ පුළුල් ලෙස හා ගැඹුරින් අධ්‍යයනය කර ඇත. සිලිකන් වල විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය මොඩියුලේෂන් යාන්ත්‍රණය ප්‍රධාන වශයෙන් වාහක ක්ෂය වීම, වාහක එන්නත් කිරීම සහ වාහක සමුච්චය වේ. ඒවා අතර, මොඩියුලේටරයේ කලාප පළල රේඛීය උපාධි වාහක ක්ෂය වීමේ යාන්ත්‍රණය සමඟ ප්‍රශස්ත වේ, නමුත් දෘශ්‍ය ක්ෂේත්‍ර ව්‍යාප්තිය ක්ෂය වීමේ කලාපයේ ඒකාකාර නොවන බව සමඟ අතිච්ඡාදනය වන බැවින්, මෙම බලපෑම රේඛීය නොවන දෙවන අනුපිළිවෙල විකෘති කිරීම සහ තුන්වන අනුපිළිවෙල අන්තර් මොඩියුලේෂන් විකෘති නියමයන් හඳුන්වා දෙනු ඇත, ආලෝකය මත වාහකයේ අවශෝෂණ බලපෑම සමඟ සම්බන්ධ වන අතර එමඟින් දෘශ්‍ය මොඩියුලේෂන් විස්තාරය සහ සංඥා විකෘතිය අඩු කිරීමට හේතු වේ.

InP මොඩියුලේටරයට කැපී පෙනෙන විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය බලපෑම් ඇති අතර, බහු-ස්ථර ක්වොන්ටම් ළිං ව්‍යුහයට 0.156V · mm දක්වා Vπ·L සහිත අතිශය ඉහළ අනුපාතයක් සහ අඩු ධාවන වෝල්ටීයතා මොඩියුලේටර් සාක්ෂාත් කර ගත හැකිය. කෙසේ වෙතත්, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය සමඟ වර්තන දර්ශකයේ විචලනයට රේඛීය සහ රේඛීය නොවන පද ඇතුළත් වන අතර, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර තීව්‍රතාවයේ වැඩි වීම දෙවන අනුපිළිවෙල ආචරණය කැපී පෙනේ. එබැවින්, සිලිකන් සහ InP විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය මොඩියුලේටර් ක්‍රියා කරන විට pn හන්දිය සෑදීමට පක්ෂග්‍රාහීව යෙදිය යුතු අතර, pn හන්දිය ආලෝකයට අවශෝෂණ අලාභය ගෙන එනු ඇත. කෙසේ වෙතත්, මෙම දෙකෙහි මොඩියුලේටර් ප්‍රමාණය කුඩා වන අතර, වාණිජ InP මොඩියුලේටර් ප්‍රමාණය LN මොඩියුලේටරයෙන් 1/4 කි. ඉහළ මොඩියුලේෂන් කාර්යක්ෂමතාව, දත්ත මධ්‍යස්ථාන වැනි ඉහළ ඝනත්වය සහ කෙටි දුර ඩිජිටල් දෘශ්‍ය සම්ප්‍රේෂණ ජාල සඳහා සුදුසු වේ. ලිතියම් නියෝබේට් හි විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය ආචරණයට ආලෝක අවශෝෂණ යාන්ත්‍රණයක් සහ අඩු පාඩුවක් නොමැත, එය දිගු දුර සහසම්බන්ධතාවය සඳහා සුදුසු වේ.දෘශ්‍ය සන්නිවේදනයවිශාල ධාරිතාවක් සහ ඉහළ අනුපාතයක් සහිතව. මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන යෙදීමේදී, Si සහ InP හි විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය සංගුණක රේඛීය නොවන අතර, එය ඉහළ රේඛීයතාව සහ විශාල ගතිකත්වය අනුගමනය කරන මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන පද්ධතියට සුදුසු නොවේ. ලිතියම් නියෝබේට් ද්‍රව්‍යය එහි සම්පූර්ණයෙන්ම රේඛීය විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය මොඩියුලේෂන් සංගුණකය නිසා මයික්‍රෝවේව් ෆෝටෝන යෙදීම සඳහා ඉතා සුදුසු වේ.