ቀጭን ፊልም ሊቲየም ኒዮባቴ ቁሳቁስ እና ቀጭን ፊልም ሊቲየም ኒዮባቴ ሞዱላተር

በቀጭኑ ፊልም ሊቲየም ኒዮባቴ በተቀናጀ ማይክሮዌቭ ፎቶን ቴክኖሎጂ ውስጥ ያለው ጥቅም እና ጠቀሜታ

የማይክሮዌቭ ፎቶን ቴክኖሎጂየባህላዊ ማይክሮዌቭ ሲስተም ቴክኒካዊ ማነቆን ለመስበር እና እንደ ራዳር ፣ የኤሌክትሮኒክስ ጦርነት ፣ የግንኙነት እና የመለኪያ እና ቁጥጥር ያሉ የወታደራዊ ኤሌክትሮኒክስ የመረጃ መሳሪያዎችን አፈፃፀም ለማሻሻል ትልቅ አቅም ያለው ትልቅ የመተላለፊያ ይዘት ፣ ጠንካራ ትይዩ ማቀነባበሪያ ችሎታ እና ዝቅተኛ የማስተላለፊያ ኪሳራ ጥቅሞች አሉት ። ነገር ግን በማይክሮዌቭ ፎቶን በዲስክሪት መሳሪያዎች ላይ የተመሰረተው እንደ ትልቅ መጠን፣ ክብደት እና ደካማ መረጋጋት ያሉ አንዳንድ ችግሮች አሉበት ይህም የማይክሮዌቭ ፎቶን ቴክኖሎጂን በጠፈር ወለድ እና በአየር ወለድ መድረኮች ላይ በቁም ነገር መጠቀሙን ይገድባል። ስለዚህ የተቀናጀ የማይክሮዌቭ ፎቶን ቴክኖሎጂ የማይክሮዌቭ ፎቶን በወታደራዊ የኤሌክትሮኒክስ መረጃ ስርዓት ውስጥ ያለውን መተግበሪያ ለማፍረስ እና ለማይክሮዌቭ የፎቶን ቴክኖሎጂ ጥቅሞች ሙሉ ጨዋታ ለመስጠት ጠቃሚ ድጋፍ እየሆነ ነው።

በአሁኑ ጊዜ በ SI ላይ የተመሰረተ የፎቶኒክ ውህደት ቴክኖሎጂ እና በ INP ላይ የተመሰረተ የፎቶኒክ ውህደት ቴክኖሎጂ ከዓመታት እድገት በኋላ በኦፕቲካል ኮሙኒኬሽን መስክ እያደገ በመምጣቱ ብዙ ምርቶች ወደ ገበያ ገብተዋል. ሆኖም ማይክሮዌቭ ፎቶን ለመጠቀም በእነዚህ ሁለት የፎቶን ውህደት ቴክኖሎጂዎች ውስጥ አንዳንድ ችግሮች አሉ-ለምሳሌ ፣ የ Si modulator እና InP ሞዱሌተር መደበኛ ያልሆነ ኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ኮፊሸን በማይክሮዌቭ ፎቶን ቴክኖሎጂ ከሚከተለው ከፍተኛ መስመራዊ እና ትልቅ ተለዋዋጭ ባህሪዎች ጋር ተቃራኒ ነው ። ለምሳሌ ፣ በሙቀት-ኦፕቲካል ተፅእኖ ፣ በፓይዞኤሌክትሪክ ተፅእኖ ፣ ወይም በድምጸ ተያያዥ ሞደም መርፌ ስርጭት ተፅእኖ ላይ የተመሠረተ ቢሆን ፣ የኦፕቲካል ዱካ መቀያየርን የሚገነዘበው የሲሊኮን ኦፕቲካል ማብሪያ ፣ የዘገየ የመቀያየር ፍጥነት ፣ የኃይል ፍጆታ እና የሙቀት ፍጆታ ችግሮች አሉት ፣ ይህም ፈጣን የጨረር ቅኝትን እና ትልቅ የድርድር ሚዛን የማይክሮዌቭ ፎቶን አፕሊኬሽኖችን ሊያሟላ አይችልም።

ሊቲየም ኒዮባቴ ሁል ጊዜ ለከፍተኛ ፍጥነት የመጀመሪያ ምርጫ ነው።ኤሌክትሮ-ኦፕቲክ ማሻሻያእጅግ በጣም ጥሩ የመስመር ኤሌክትሮ-ኦፕቲክ ተፅእኖ ስላለው ቁሳቁሶች። ሆኖም ግን, ባህላዊው ሊቲየም ኒዮባቴኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ሞዱላተርከግዙፍ የሊቲየም ኒዮባቴ ክሪስታል ቁሳቁስ የተሰራ ነው፣ እና የመሳሪያው መጠን በጣም ትልቅ ነው፣ ይህም የተቀናጀ የማይክሮዌቭ ፎቶን ቴክኖሎጂ ፍላጎቶችን ሊያሟላ አይችልም። የሊቲየም ኒዮባት ቁሳቁሶችን ከመስመር ኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ኮፊሸን ጋር ወደ የተቀናጀ ማይክሮዌቭ ፎቶን ቴክኖሎጂ ስርዓት እንዴት ማቀናጀት እንደሚቻል የሚመለከታቸው ተመራማሪዎች ግብ ሆኗል። እ.ኤ.አ. በ 2018 ፣ በአሜሪካ የሃርቫርድ ዩኒቨርሲቲ የተመራማሪ ቡድን በመጀመሪያ በተፈጥሮ ውስጥ በቀጭኑ ፊልም ሊቲየም ኒዮባት ላይ የተመሠረተ የፎቶኒክ ውህደት ቴክኖሎጂን ዘግቧል ፣ ምክንያቱም ቴክኖሎጂው ከፍተኛ ውህደት ፣ ትልቅ ኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ሞጁል የመተላለፊያ ይዘት እና ከፍተኛ የኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ተፅእኖ ጥቅሞች አሉት ፣ አንዴ ከተጀመረ ወዲያውኑ በፎቶኒክ ውህደት እና ማይክሮዌቭ ፎቶኒክ ውህደት መስክ ውስጥ የአካዳሚክ እና የኢንዱስትሪ ትኩረትን አስከትሏል። ከማይክሮዌቭ ፎቶን አተገባበር አንፃር፣ ይህ ጽሁፍ በማይክሮዌቭ ፎቶን ቴክኖሎጂ እድገት ላይ በቀጭኑ ፊልም ሊቲየም ኒዮባት ላይ የተመሰረተ የፎቶን ውህደት ቴክኖሎጂ ተፅእኖ እና አስፈላጊነትን ይገመግማል።

ቀጭን ፊልም ሊቲየም ኒዮባቴ ቁሳቁስ እና ቀጭን ፊልምሊቲየም ኒዮባቴ ሞዱላተር
በቅርብ ሁለት ዓመታት ውስጥ አዲስ የሊቲየም ኒዮባት ቁሳቁስ ብቅ አለ፣ ማለትም፣ የሊቲየም ኒዮባት ፊልም ከግዙፉ ሊቲየም ኒዮባት ክሪስታል በ"ion slicing" ዘዴ ተወግዶ ከሲ ዋፈር ጋር በሲሊካ ቋት ንብርብር በማያያዝ LNOI (LiNbO3-On-Insulator፣ This paper ninyobate ይባላል) material [5] ከ 100 ናኖሜትሮች በላይ ከፍታ ያላቸው ሪጅ ሞገዶች በቀጭኑ ፊልም ሊቲየም ኒዮባቴ ቁሶች ላይ በተመቻቸ የደረቅ ማሳመር ሂደት ሊቀረጹ ይችላሉ ፣ እና የተፈጠሩት የሞገድ መመሪያዎች ውጤታማ የማጣቀሻ ልዩነት ከ 0.8 በላይ ሊደርስ ይችላል (ከባህላዊ ሊቲየም ኒዮባት ማዕበል 0.02 ን የበለጠ ቀላል ያደርገዋል) ። ሞዱለተሩን ሲነድፉ የብርሃን መስኩን ከማይክሮዌቭ መስክ ጋር ያዛምዱ። ስለዚህ ዝቅተኛ የግማሽ ሞገድ ቮልቴጅ እና ትልቅ ሞጁል ባንድዊድዝ በአጭር ርዝመት ውስጥ ማግኘት ጠቃሚ ነው.

ዝቅተኛ ኪሳራ የሊቲየም ኒዮባቴ ንዑስ ማይክሮን ሞገድ መመሪያ የባህላዊ ሊቲየም ኒዮባቴ ኤሌክትሮ ኦፕቲክ ሞዱላተር ከፍተኛ የማሽከርከር ቮልቴጅ ማነቆውን ይሰብራል። የኤሌክትሮል ክፍተት ወደ ~ 5 μm ሊቀንስ ይችላል, እና በኤሌክትሪክ መስክ እና በኦፕቲካል ሞድ መስክ መካከል ያለው መደራረብ በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል, እና vπ · L ከ 20 V · ሴሜ ወደ 2.8 V · ሴሜ ያነሰ ይቀንሳል. ስለዚህ, በተመሳሳይ የግማሽ ሞገድ ቮልቴጅ ውስጥ, የመሳሪያው ርዝመት ከባህላዊው ሞጁል ጋር ሲነፃፀር በእጅጉ ሊቀንስ ይችላል. በሥዕሉ ላይ እንደሚታየው ተጓዥ ሞገድ electrode ስፋት, ውፍረት እና ክፍተት መካከል መለኪያዎች ማመቻቸት በኋላ በተመሳሳይ ጊዜ, modulator ከ 100 GHz እጅግ በጣም ከፍተኛ የመተላለፊያ ይዘት ችሎታ ሊኖረው ይችላል.

ምስል.1 (ሀ) የተሰላ ሁነታ ስርጭት እና (ለ) የኤልኤን ሞገድ መመሪያ መስቀለኛ ክፍል ምስል

ምስል.2 (ሀ) Waveguide እና electrode መዋቅር እና (ለ) የኤል ኤን ሞዱላተር ኮርፕሌት

የቀጭን ፊልም ሊቲየም ኒዮባቴ ሞዱላተሮችን ከባህላዊ ሊቲየም ኒዮባቴ የንግድ ሞዱላተሮች፣ ሲሊከን ላይ የተመሰረቱ ሞዱላተሮች እና ኢንዲየም ፎስፋይድ (ኢንፒ) ሞዱላተሮችን እና ሌሎች አሁን ያሉ ባለከፍተኛ ፍጥነት ኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ሞዱላተሮችን ማነፃፀር የንፅፅሩ ዋና መለኪያዎች የሚከተሉትን ያካትታሉ።
(1) የግማሽ ሞገድ ቮልት ርዝመት ምርት (vπ · L, V · ሴሜ), የመቀየሪያውን የመቀየሪያ ቅልጥፍናን መለካት, አነስተኛ እሴቱ, የመቀየሪያው ውጤታማነት ከፍ ያለ ነው;
(2) 3 ዲቢቢ ሞጁል ባንድዊድዝ (GHz)፣ የአስማሚውን ምላሽ ወደ ከፍተኛ-ድግግሞሽ ማስተካከል የሚለካው;
(3) በተለዋዋጭ ክልል ውስጥ የኦፕቲካል ማስገቢያ መጥፋት (ዲቢ)። ቀጭን ፊልም ሊቲየም ኒዮባቴ ሞዱላተር በሞዲዩሽን ባንድዊድዝ ፣በግማሽ ሞገድ ቮልቴጅ ፣በኦፕቲካል ኢንተርፖላሽን ኪሳራ እና በመሳሰሉት ግልፅ ጠቀሜታዎች እንዳሉት ከጠረጴዛው ላይ ማየት ይቻላል።

ሲሊኮን፣ የተቀናጀ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ የማዕዘን ድንጋይ እስካሁን የተሰራ ነው፣ ሂደቱ በሳል ነው፣ አነስተኛነቱ ለአክቲቭ/ፓሲቭ መሳሪያዎች መጠነ ሰፊ ውህደት ምቹ ነው፣ እና ሞዱላተሩ በኦፕቲካል ኮሙኒኬሽን መስክ በስፋት እና በጥልቀት ጥናት ተደርጎበታል። የሲሊኮን የኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ማሻሻያ ዘዴ በዋነኛነት ድምጸ ተያያዥ ሞደም ዲፕሊንግ-tion፣ ተሸካሚ መርፌ እና ተሸካሚ ክምችት ነው። ከነሱ መካከል የመቀየሪያው የመተላለፊያ ይዘት ከመስመር ዲግሪ ተሸካሚ መሟጠጥ ዘዴ ጋር በጣም ጥሩ ነው ፣ ግን የኦፕቲካል መስክ ስርጭቱ ከመጥፋት ክልል ወጥነት ከሌለው ጋር ስለሚደራረብ ፣ ይህ ተፅእኖ መስመራዊ ያልሆነ ሁለተኛ-ትዕዛዝ መዛባት እና የሶስተኛ ትእዛዝ intermodulation ማዛባት ቃላትን ያስተዋውቃል ፣ ከአምፖቹ የመምጠጥ ተፅእኖ ጋር ተዳምሮ በብርሃን ላይ ካለው የመሳብ ተፅእኖ ጋር ተዳምሮ ፣ ይህም ወደ ብርሃን መለወጫ ብርሃን ያስከትላል።

የኢንፒ ሞዱላተር እጅግ በጣም ጥሩ የኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ተጽእኖዎች አሉት፣ እና ባለብዙ ንብርብር ኳንተም ጉድጓድ መዋቅር እጅግ በጣም ከፍተኛ ፍጥነት እና ዝቅተኛ የማሽከርከር የቮልቴጅ ሞዱላተሮችን በVπ·L እስከ 0.156V · ሚሜ መገንዘብ ይችላል። ይሁን እንጂ የማጣቀሻ ኢንዴክስ ከኤሌክትሪክ መስክ ጋር ያለው ልዩነት መስመራዊ እና ቀጥተኛ ያልሆኑ ቃላትን ያካትታል, እና የኤሌክትሪክ መስክ ጥንካሬ መጨመር የሁለተኛ ደረጃ ውጤትን ጎልቶ እንዲታይ ያደርገዋል. ስለዚህ የሲሊኮን እና የኢንፒ ኤሌክትሮ ኦፕቲክ ሞዱላተሮች ሲሰሩ pn መስቀለኛ መንገድን ለመፍጠር አድልዎ ማመልከት አለባቸው እና pn junction የመምጠጥ ኪሳራን ወደ ብርሃን ያመጣል። ነገር ግን፣ የእነዚህ ሁለቱ ሞዱላተሮች መጠን ትንሽ ነው፣ የንግድ ኢንፒ ሞዱላተር መጠን ከኤልኤን ሞዱላተር 1/4 ነው። ለከፍተኛ ጥግግት እና ለአጭር ርቀት ዲጂታል ኦፕቲካል ማስተላለፊያ ኔትወርኮች እንደ የመረጃ ማእከሎች ተስማሚ የሆነ ከፍተኛ የመቀየር ብቃት። የሊቲየም ኒዮባቴ ኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ተጽእኖ የብርሃን መሳብ ዘዴ የለውም እና ዝቅተኛ ኪሳራ የለውም, ይህም ለረጅም ርቀት ተስማሚ ነው.የጨረር ግንኙነትበትልቅ አቅም እና ከፍተኛ ፍጥነት. በማይክሮዌቭ ፎቶን አፕሊኬሽን ውስጥ የሲ እና ኢንፒ ኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ኮፊሸንት (ኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ኮፊሸንትስ) መስመር ላይ ያልሆኑ ናቸው፣ ይህም ለማይክሮዌቭ ፎቶን ሲስተም የማይክሮዌቭ ፎቶን ሲስተም ከፍተኛ መስመራዊ እና ትልቅ ተለዋዋጭነትን የሚከተል ነው። የሊቲየም ኒዮባት ቁስ ለማይክሮዌቭ ፎቶን አፕሊኬሽን በጣም ተስማሚ ነው ምክንያቱም ሙሉ ለሙሉ ቀጥተኛ የኤሌክትሮ-ኦፕቲክ ሞዲዩሽን ቅንጅት ስላለው።