উচ্চতর সমন্বিত পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট ইলেক্ট্রো-অপটিক মডুলেটর

উচ্চ রৈখিকতাইলেক্ট্রো-অপটিক মডুলেটরএবং মাইক্রোওয়েভ ফোটন অ্যাপ্লিকেশন
যোগাযোগ ব্যবস্থার ক্রমবর্ধমান চাহিদার সাথে সাথে, সংকেতের সঞ্চালন দক্ষতা আরও উন্নত করার লক্ষ্যে, মানুষ পরিপূরক সুবিধা অর্জনের জন্য ফোটন এবং ইলেকট্রনকে একত্রিত করবে এবং মাইক্রোওয়েভ ফোটোনিক্সের জন্ম হবে। বিদ্যুৎকে আলোতে রূপান্তরের জন্য ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল মডুলেটরের প্রয়োজন হয়।মাইক্রোওয়েভ ফোটোনিক সিস্টেমএবং এই গুরুত্বপূর্ণ ধাপটি সাধারণত পুরো সিস্টেমের কার্যকারিতা নির্ধারণ করে। যেহেতু রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি সিগন্যালকে অপটিক্যাল ডোমেনে রূপান্তর একটি অ্যানালগ সিগন্যাল প্রক্রিয়া, এবং সাধারণইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল মডুলেটরএর অন্তর্নিহিত অরৈখিকতার কারণে, রূপান্তর প্রক্রিয়ায় গুরুতর সংকেত বিকৃতি ঘটে। আনুমানিক রৈখিক মডুলেশন অর্জনের জন্য, মডুলেটরের অপারেটিং পয়েন্ট সাধারণত লম্ব বায়াস পয়েন্টে স্থির করা হয়, কিন্তু এটিও মডুলেটরের রৈখিকতার ক্ষেত্রে মাইক্রোওয়েভ ফোটন লিঙ্কের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না। উচ্চ রৈখিকতা সম্পন্ন ইলেকট্রো-অপটিক মডুলেটরের জরুরি প্রয়োজন রয়েছে।

সিলিকন পদার্থের উচ্চ-গতির প্রতিসরাঙ্ক মডুলেশন সাধারণত ফ্রি ক্যারিয়ার প্লাজমা ডিসপারশন (FCD) প্রভাবের মাধ্যমে সম্পন্ন করা হয়। FCD প্রভাব এবং PN জংশন মডুলেশন উভয়ই অরৈখিক, যা সিলিকন মডুলেটরকে লিথিয়াম নায়োবেট মডুলেটরের তুলনায় কম রৈখিক করে তোলে। লিথিয়াম নায়োবেট পদার্থ চমৎকার বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে।ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল মডুলেশনপাকার এফেক্টের কারণে এর কিছু বৈশিষ্ট্য রয়েছে। একই সাথে, লিথিয়াম নায়োবেট উপাদানের বড় ব্যান্ডউইথ, ভালো মডুলেশন বৈশিষ্ট্য, কম লস, সহজ ইন্টিগ্রেশন এবং সেমিকন্ডাক্টর প্রক্রিয়ার সাথে সামঞ্জস্যের মতো সুবিধা রয়েছে। উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ইলেকট্রো-অপটিক্যাল মডুলেটর তৈরির জন্য থিন ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেট ব্যবহার করলে, সিলিকনের তুলনায় প্রায় কোনো “শর্ট প্লেট” সমস্যা হয় না এবং উচ্চ লিনিয়ারিটিও অর্জন করা যায়। ইনসুলেটরের উপর থিন ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেট (LNOI) ইলেকট্রো-অপটিক্যাল মডুলেটর একটি সম্ভাবনাময় উন্নয়নের দিক হয়ে উঠেছে। থিন ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেট উপাদান প্রস্তুতি প্রযুক্তি এবং ওয়েভগাইড এচিং প্রযুক্তির বিকাশের সাথে সাথে, থিন ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেট ইলেকট্রো-অপটিক্যাল মডুলেটরের উচ্চ রূপান্তর দক্ষতা এবং উচ্চতর ইন্টিগ্রেশন আন্তর্জাতিক শিক্ষা ও শিল্পক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হয়ে উঠেছে।

পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেটের বৈশিষ্ট্য
মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে ডিএপি এআর পরিকল্পনা লিথিয়াম নায়োবেট উপকরণ সম্পর্কে নিম্নলিখিত মূল্যায়ন করেছে: যদি ইলেকট্রনিক্স বিপ্লবের কেন্দ্রটির নামকরণ সেই সিলিকন উপাদানের নামে করা হয় যা এটিকে সম্ভব করেছে, তাহলে ফোটোনিক্স বিপ্লবের জন্মস্থানের নামকরণ সম্ভবত লিথিয়াম নায়োবেটের নামে করা হবে। এর কারণ হলো, আলোকবিজ্ঞানের ক্ষেত্রে সিলিকন উপকরণের মতোই লিথিয়াম নায়োবেট একই সাথে ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল প্রভাব, অ্যাকোস্টো-অপটিক্যাল প্রভাব, পিজোইলেকট্রিক প্রভাব, থার্মোইলেকট্রিক প্রভাব এবং ফোটোরেফ্র্যাক্টিভ প্রভাবকে একীভূত করে।

আলোক সঞ্চালন বৈশিষ্ট্যের দিক থেকে, সাধারণত ব্যবহৃত ১৫৫০ ন্যানোমিটার ব্যান্ডে আলো শোষণের কারণে InP উপাদানের অন-চিপ সঞ্চালন ক্ষতি সবচেয়ে বেশি। SiO2 এবং সিলিকন নাইট্রাইডের সঞ্চালন বৈশিষ্ট্য সবচেয়ে ভালো, এবং এর ক্ষতি প্রায় ০.০১ ডিবি/সেমি পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে; বর্তমানে, থিন-ফিল্ম লিথিয়াম নাইওবেট ওয়েভগাইডের ক্ষতি ০.০৩ ডিবি/সেমি পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে, এবং ভবিষ্যতে প্রযুক্তিগত স্তরের ক্রমাগত উন্নতির সাথে এই ক্ষতি আরও কমানোর সম্ভাবনা রয়েছে। অতএব, থিন-ফিল্ম লিথিয়াম নাইওবেট উপাদান ফটোসিন্থেটিক পাথ, শান্ট এবং মাইক্রোরিং-এর মতো প্যাসিভ আলোক কাঠামোর জন্য ভালো কার্যকারিতা প্রদর্শন করবে।

আলো উৎপাদনের ক্ষেত্রে, শুধুমাত্র InP-এরই সরাসরি আলো নির্গত করার ক্ষমতা রয়েছে; তাই, মাইক্রোওয়েভ ফোটনের প্রয়োগের জন্য, ব্যাকলোডিং ওয়েল্ডিং বা এপিটেক্সিয়াল গ্রোথের মাধ্যমে LNOI ভিত্তিক ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড চিপে InP ভিত্তিক আলোক উৎস স্থাপন করা আবশ্যক। আলোক মডুলেশনের ক্ষেত্রে, উপরে উল্লেখ করা হয়েছে যে, InP এবং Si-এর তুলনায় থিন ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেট উপাদানের মাধ্যমে বৃহত্তর মডুলেশন ব্যান্ডউইথ, নিম্নতর হাফ-ওয়েভ ভোল্টেজ এবং কম ট্রান্সমিশন লস সহজে অর্জন করা যায়। অধিকন্তু, থিন ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেট উপাদানের ইলেকট্রো-অপটিক্যাল মডুলেশনের উচ্চ রৈখিকতা সকল মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রয়োগের জন্য অপরিহার্য।

অপটিক্যাল রাউটিং-এর ক্ষেত্রে, থিন ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেট উপাদানের উচ্চ-গতির ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল প্রতিক্রিয়া LNOI ভিত্তিক অপটিক্যাল সুইচকে উচ্চ-গতির অপটিক্যাল রাউটিং সুইচিং-এ সক্ষম করে তোলে এবং এই ধরনের উচ্চ-গতির সুইচিং-এর বিদ্যুৎ খরচও খুব কম। ইন্টিগ্রেটেড মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তির সাধারণ প্রয়োগের জন্য, অপটিক্যালি নিয়ন্ত্রিত বিমফর্মিং চিপের দ্রুত বিম স্ক্যানিং-এর চাহিদা মেটাতে উচ্চ-গতির সুইচিং-এর ক্ষমতা রয়েছে এবং এর অতি-স্বল্প বিদ্যুৎ খরচের বৈশিষ্ট্য বৃহৎ আকারের ফেজড অ্যারে সিস্টেমের কঠোর প্রয়োজনীয়তার সাথে ভালোভাবে খাপ খায়। যদিও InP ভিত্তিক অপটিক্যাল সুইচও উচ্চ-গতির অপটিক্যাল পাথ সুইচিং করতে পারে, এটি প্রচুর পরিমাণে নয়েজ তৈরি করে, বিশেষ করে যখন মাল্টিলেভেল অপটিক্যাল সুইচ ক্যাসকেড করা হয়, তখন নয়েজ কোএফিসিয়েন্ট মারাত্মকভাবে খারাপ হয়ে যায়। সিলিকন, SiO2 এবং সিলিকন নাইট্রাইড উপাদানগুলো শুধুমাত্র থার্মো-অপটিক্যাল এফেক্ট বা ক্যারিয়ার ডিসপারশন এফেক্টের মাধ্যমে অপটিক্যাল পাথ সুইচ করতে পারে, যার অসুবিধা হলো উচ্চ বিদ্যুৎ খরচ এবং ধীর সুইচিং গতি। যখন ফেজড অ্যারের অ্যারে সাইজ বড় হয়, তখন এটি বিদ্যুৎ খরচের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না।

আলোকীয় বিবর্ধনের পরিপ্রেক্ষিতে,সেমিকন্ডাক্টর অপটিক্যাল অ্যামপ্লিফায়ার (SOAInP-ভিত্তিক থিন-ফিল্ম ওয়েভগাইড বাণিজ্যিক ব্যবহারের জন্য পরিপক্ক হলেও, এর উচ্চ নয়েজ কোএফিসিয়েন্ট এবং কম স্যাচুরেশন আউটপুট পাওয়ারের মতো অসুবিধা রয়েছে, যা মাইক্রোওয়েভ ফোটনের প্রয়োগের জন্য সহায়ক নয়। পিরিয়ডিক অ্যাক্টিভেশন এবং ইনভার্সন-ভিত্তিক থিন-ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেট ওয়েভগাইডের প্যারামেট্রিক অ্যামপ্লিফিকেশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে কম নয়েজ ও উচ্চ ক্ষমতার অন-চিপ অপটিক্যাল অ্যামপ্লিফিকেশন অর্জন করা সম্ভব, যা ইন্টিগ্রেটেড মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তির অন-চিপ অপটিক্যাল অ্যামপ্লিফিকেশনের প্রয়োজনীয়তা ভালোভাবে পূরণ করতে পারে।

আলো শনাক্তকরণের ক্ষেত্রে, পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেটের ১৫৫০ nm ব্যান্ডে আলোর সঞ্চালন বৈশিষ্ট্য ভালো। আলোক-বৈদ্যুতিক রূপান্তরের কাজটি বাস্তবায়ন করা যায় না, তাই মাইক্রোওয়েভ ফোটন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, চিপের মধ্যেই আলোক-বৈদ্যুতিক রূপান্তরের চাহিদা মেটাতে, ব্যাকলোডিং ওয়েল্ডিং বা এপিট্যাক্সিয়াল গ্রোথের মাধ্যমে LNOI ভিত্তিক ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড চিপে InGaAs বা Ge-Si শনাক্তকরণ ইউনিট স্থাপন করতে হয়। অপটিক্যাল ফাইবারের সাথে কাপলিংয়ের ক্ষেত্রে, যেহেতু অপটিক্যাল ফাইবার নিজেই SiO2 উপাদান দিয়ে তৈরি, তাই SiO2 ওয়েভগাইডের মোড ফিল্ডের সাথে অপটিক্যাল ফাইবারের মোড ফিল্ডের মিলের মাত্রা সর্বোচ্চ এবং কাপলিং সবচেয়ে সুবিধাজনক। পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেটের তীব্রভাবে সীমাবদ্ধ ওয়েভগাইডের মোড ফিল্ডের ব্যাস প্রায় ১μm, যা অপটিক্যাল ফাইবারের মোড ফিল্ড থেকে বেশ ভিন্ন, তাই অপটিক্যাল ফাইবারের মোড ফিল্ডের সাথে মেলানোর জন্য যথাযথ মোড স্পট রূপান্তর অবশ্যই করতে হবে।

ইন্টিগ্রেশনের ক্ষেত্রে, বিভিন্ন উপাদানের উচ্চ ইন্টিগ্রেশন সম্ভাবনা আছে কিনা তা মূলত ওয়েভগাইডের বক্রতা ব্যাসার্ধের উপর নির্ভর করে (যা ওয়েভগাইড মোড ফিল্ডের সীমাবদ্ধতা দ্বারা প্রভাবিত হয়)। দৃঢ়ভাবে সীমাবদ্ধ ওয়েভগাইড একটি ছোট বক্রতা ব্যাসার্ধের অনুমতি দেয়, যা উচ্চ ইন্টিগ্রেশন বাস্তবায়নের জন্য আরও সহায়ক। অতএব, থিন-ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেট ওয়েভগাইডের উচ্চ ইন্টিগ্রেশন অর্জনের সম্ভাবনা রয়েছে। সুতরাং, থিন-ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেটের আবির্ভাব লিথিয়াম নায়োবেট উপাদানকে সত্যিকারের অপটিক্যাল "সিলিকন" এর ভূমিকা পালন করা সম্ভব করে তুলেছে। মাইক্রোওয়েভ ফোটনের প্রয়োগের জন্য, থিন-ফিল্ম লিথিয়াম নায়োবেটের সুবিধাগুলো আরও সুস্পষ্ট।