সমন্বিত মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তিতে পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেটের সুবিধা এবং তাৎপর্য
মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তিএর সুবিধা হলো বৃহৎ কার্যক্ষম ব্যান্ডউইথ, শক্তিশালী সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণ ক্ষমতা এবং কম ট্রান্সমিশন লস, যা ঐতিহ্যবাহী মাইক্রোওয়েভ সিস্টেমের প্রযুক্তিগত বাধা ভেঙে ফেলার এবং রাডার, ইলেকট্রনিক যুদ্ধ, যোগাযোগ এবং পরিমাপ ও নিয়ন্ত্রণের মতো সামরিক ইলেকট্রনিক তথ্য সরঞ্জামের কর্মক্ষমতা উন্নত করার সম্ভাবনা রাখে। যাইহোক, বিচ্ছিন্ন ডিভাইসের উপর ভিত্তি করে মাইক্রোওয়েভ ফোটন সিস্টেমের কিছু সমস্যা রয়েছে যেমন বৃহৎ আয়তন, ভারী ওজন এবং দুর্বল স্থিতিশীলতা, যা মহাকাশবাহিত এবং বায়ুবাহিত প্ল্যাটফর্মে মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তির প্রয়োগকে মারাত্মকভাবে সীমাবদ্ধ করে। অতএব, সামরিক ইলেকট্রনিক তথ্য ব্যবস্থায় মাইক্রোওয়েভ ফোটনের প্রয়োগ ভাঙতে এবং মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তির সুবিধাগুলিকে পূর্ণ ভূমিকা দিতে সমন্বিত মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তি একটি গুরুত্বপূর্ণ সহায়তা হয়ে উঠছে।
বর্তমানে, অপটিক্যাল যোগাযোগের ক্ষেত্রে বছরের পর বছর ধরে উন্নয়নের পর SI-ভিত্তিক ফোটোনিক ইন্টিগ্রেশন প্রযুক্তি এবং INP-ভিত্তিক ফোটোনিক ইন্টিগ্রেশন প্রযুক্তি আরও বেশি পরিপক্ক হয়ে উঠেছে এবং বাজারে প্রচুর পণ্য আনা হয়েছে। তবে, মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রয়োগের ক্ষেত্রে, এই দুই ধরণের ফোটন ইন্টিগ্রেশন প্রযুক্তিতে কিছু সমস্যা রয়েছে: উদাহরণস্বরূপ, Si মডুলেটর এবং InP মডুলেটরের নন-লিনিয়ার ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল সহগ মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তি দ্বারা অনুসৃত উচ্চ রৈখিকতা এবং বৃহৎ গতিশীল বৈশিষ্ট্যের বিপরীত; উদাহরণস্বরূপ, সিলিকন অপটিক্যাল সুইচ যা অপটিক্যাল পাথ স্যুইচিং উপলব্ধি করে, তা তাপ-অপটিক্যাল প্রভাব, পাইজোইলেকট্রিক প্রভাব, বা ক্যারিয়ার ইনজেকশন বিচ্ছুরণ প্রভাবের উপর ভিত্তি করে হোক না কেন, ধীর সুইচিং গতি, বিদ্যুৎ খরচ এবং তাপ খরচের সমস্যা রয়েছে, যা দ্রুত বিম স্ক্যানিং এবং বৃহৎ অ্যারে স্কেল মাইক্রোওয়েভ ফোটন অ্যাপ্লিকেশনগুলি পূরণ করতে পারে না।
উচ্চ গতির জন্য লিথিয়াম নিওবেট সর্বদা প্রথম পছন্দ।ইলেক্ট্রো-অপটিক মড্যুলেশনউপকরণগুলির চমৎকার রৈখিক ইলেক্ট্রো-অপটিক প্রভাবের কারণে। তবে, ঐতিহ্যবাহী লিথিয়াম নিওবেটইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল মডুলেটরবিশাল লিথিয়াম নিওবেট স্ফটিক উপাদান দিয়ে তৈরি, এবং ডিভাইসের আকার অনেক বড়, যা সমন্বিত মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তির চাহিদা পূরণ করতে পারে না। সমন্বিত মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তি ব্যবস্থায় রৈখিক ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল সহগ সহ লিথিয়াম নিওবেট উপকরণগুলিকে কীভাবে একীভূত করা যায় তা প্রাসঙ্গিক গবেষকদের লক্ষ্য হয়ে দাঁড়িয়েছে। ২০১৮ সালে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের হার্ভার্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি গবেষণা দল প্রথম প্রকৃতিতে পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেটের উপর ভিত্তি করে ফোটোনিক ইন্টিগ্রেশন প্রযুক্তির প্রতিবেদন প্রকাশ করে, কারণ এই প্রযুক্তিতে উচ্চ ইন্টিগ্রেশন, বৃহৎ ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল মড্যুলেশন ব্যান্ডউইথ এবং উচ্চ ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল প্রভাবের সুবিধা রয়েছে, একবার চালু হওয়ার পরে, এটি অবিলম্বে ফোটোনিক ইন্টিগ্রেশন এবং মাইক্রোওয়েভ ফোটোনিক্সের ক্ষেত্রে একাডেমিক এবং শিল্প মনোযোগ আকর্ষণ করে। মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রয়োগের দৃষ্টিকোণ থেকে, এই গবেষণাপত্রটি মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রযুক্তির বিকাশে পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেটের উপর ভিত্তি করে ফোটন ইন্টিগ্রেশন প্রযুক্তির প্রভাব এবং তাৎপর্য পর্যালোচনা করে।
পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট উপাদান এবং পাতলা ফিল্মলিথিয়াম নিওবেট মডুলেটর
সাম্প্রতিক দুই বছরে, একটি নতুন ধরণের লিথিয়াম নিওবেট উপাদান আবির্ভূত হয়েছে, অর্থাৎ, লিথিয়াম নিওবেট ফিল্মটি "আয়ন স্লাইসিং" পদ্ধতিতে বিশাল লিথিয়াম নিওবেট স্ফটিক থেকে এক্সফোলিয়েট করা হয় এবং সিলিকা বাফার স্তর দিয়ে Si ওয়েফারের সাথে আবদ্ধ হয়ে LNOI (LiNbO3-অন-ইনসুলেটর) উপাদান তৈরি করে [5], যাকে এই গবেষণাপত্রে পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট উপাদান বলা হয়। ১০০ ন্যানোমিটারের বেশি উচ্চতার রিজ ওয়েভগাইডগুলি অপ্টিমাইজড ড্রাই এচিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট উপাদানের উপর খোদাই করা যেতে পারে এবং গঠিত ওয়েভগাইডগুলির কার্যকর প্রতিসরাঙ্ক পার্থক্য 0.8 এর বেশি (ঐতিহ্যবাহী লিথিয়াম নিওবেট ওয়েভগাইডের প্রতিসরাঙ্ক পার্থক্য 0.02 এর চেয়ে অনেক বেশি) পৌঁছাতে পারে, যেমন চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে। দৃঢ়ভাবে সীমাবদ্ধ ওয়েভগাইড মডুলেটর ডিজাইন করার সময় মাইক্রোওয়েভ ক্ষেত্রের সাথে আলোক ক্ষেত্র মেলানো সহজ করে তোলে। সুতরাং, কম দৈর্ঘ্যে কম অর্ধ-তরঙ্গ ভোল্টেজ এবং বৃহত্তর মড্যুলেশন ব্যান্ডউইথ অর্জন করা উপকারী।
কম ক্ষতির লিথিয়াম নিওবেট সাবমাইক্রন ওয়েভগাইডের উপস্থিতি ঐতিহ্যবাহী লিথিয়াম নিওবেট ইলেক্ট্রো-অপটিক মডুলেটরের উচ্চ ড্রাইভিং ভোল্টেজের বাধা ভেঙে দেয়। ইলেক্ট্রোডের ব্যবধান ~ 5 μm এ কমানো যেতে পারে, এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র এবং অপটিক্যাল মোড ক্ষেত্রের মধ্যে ওভারল্যাপ ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি পায় এবং vπ ·L 20 V·cm এর বেশি থেকে 2.8 V·cm এর কম হয়। অতএব, একই অর্ধ-তরঙ্গ ভোল্টেজের অধীনে, ঐতিহ্যবাহী মডুলেটরের তুলনায় ডিভাইসের দৈর্ঘ্য অনেক কমানো যেতে পারে। একই সময়ে, চিত্রে দেখানো হিসাবে, ভ্রমণকারী তরঙ্গ ইলেক্ট্রোডের প্রস্থ, বেধ এবং ব্যবধানের পরামিতিগুলি অপ্টিমাইজ করার পরে, মডুলেটরটি 100 GHz এর বেশি অতি-উচ্চ মডুলেশন ব্যান্ডউইথের ক্ষমতা রাখতে পারে।
চিত্র ১ (ক) গণনাকৃত মোড বিতরণ এবং (খ) LN ওয়েভগাইডের ক্রস-সেকশনের চিত্র
চিত্র ২ (ক) ওয়েভগাইড এবং ইলেকট্রোড গঠন এবং (খ) LN মডুলেটরের কোরপ্লেট
ঐতিহ্যবাহী লিথিয়াম নিওবেট বাণিজ্যিক মডুলেটর, সিলিকন-ভিত্তিক মডুলেটর এবং ইন্ডিয়াম ফসফাইড (InP) মডুলেটর এবং অন্যান্য বিদ্যমান উচ্চ-গতির ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল মডুলেটরের সাথে পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট মডুলেটরের তুলনা, তুলনার প্রধান পরামিতিগুলির মধ্যে রয়েছে:
(১) অর্ধ-তরঙ্গ ভোল্ট-দৈর্ঘ্যের গুণফল (vπ ·L, V·cm), মডুলেটরের মড্যুলেশন দক্ষতা পরিমাপ করলে, মান যত কম হবে, মড্যুলেশন দক্ষতা তত বেশি হবে;
(২) ৩ ডিবি মড্যুলেশন ব্যান্ডউইথ (GHz), যা উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি মড্যুলেশনের প্রতি মডুলেটরের প্রতিক্রিয়া পরিমাপ করে;
(৩) মড্যুলেশন অঞ্চলে অপটিক্যাল ইনসার্শন লস (dB)। টেবিল থেকে দেখা যাচ্ছে যে পাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট মডুলেটরের মড্যুলেশন ব্যান্ডউইথ, হাফ-ওয়েভ ভোল্টেজ, অপটিক্যাল ইন্টারপোলেশন লস ইত্যাদি ক্ষেত্রে সুস্পষ্ট সুবিধা রয়েছে।
সিলিকন, সমন্বিত অপটোইলেকট্রনিক্সের ভিত্তিপ্রস্তর হিসেবে, এখন পর্যন্ত বিকশিত হয়েছে, প্রক্রিয়াটি পরিপক্ক, এর ক্ষুদ্রাকৃতিকরণ সক্রিয়/প্যাসিভ ডিভাইসগুলির বৃহৎ-স্কেল ইন্টিগ্রেশনের জন্য সহায়ক, এবং এর মডুলেটরটি অপটিক্যাল যোগাযোগের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে এবং গভীরভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। সিলিকনের ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল মড্যুলেশন প্রক্রিয়া মূলত ক্যারিয়ার ডিপ্লিং-টিশন, ক্যারিয়ার ইনজেকশন এবং ক্যারিয়ার অ্যাকচুমেশন। এর মধ্যে, মডুলেটরের ব্যান্ডউইথ রৈখিক ডিগ্রি ক্যারিয়ার ডিপ্লেশন প্রক্রিয়ার সাথে সর্বোত্তম, তবে যেহেতু অপটিক্যাল ফিল্ড ডিস্ট্রিবিউশন হ্রাস অঞ্চলের অ-অভিন্নতার সাথে ওভারল্যাপ করে, এই প্রভাবটি নন-লিনিয়ার দ্বিতীয়-ক্রম বিকৃতি এবং তৃতীয়-ক্রম ইন্টারমডুলেশন বিকৃতি পদ প্রবর্তন করবে, আলোর উপর ক্যারিয়ারের শোষণ প্রভাবের সাথে মিলিত হবে, যা অপটিক্যাল মড্যুলেশন প্রশস্ততা এবং সংকেত বিকৃতি হ্রাস করবে।
InP মডুলেটরের অসাধারণ ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল প্রভাব রয়েছে এবং মাল্টি-লেয়ার কোয়ান্টাম ওয়েল স্ট্রাকচারটি 0.156V · মিমি পর্যন্ত Vπ·L সহ অতি-উচ্চ হার এবং কম ড্রাইভিং ভোল্টেজ মডুলেটরগুলি উপলব্ধি করতে পারে। যাইহোক, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের সাথে প্রতিসরাঙ্কের তারতম্যের মধ্যে রৈখিক এবং অ-রৈখিক পদ অন্তর্ভুক্ত থাকে এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের তীব্রতা বৃদ্ধি দ্বিতীয়-ক্রমের প্রভাবকে বিশিষ্ট করে তুলবে। অতএব, সিলিকন এবং InP ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল মডুলেটরগুলিকে কাজ করার সময় pn জংশন গঠনের জন্য পক্ষপাত প্রয়োগ করতে হবে এবং pn জংশন আলোতে শোষণ ক্ষতি আনবে। যাইহোক, এই দুটির মডুলেটরের আকার ছোট, বাণিজ্যিক InP মডুলেটরের আকার LN মডুলেটরের 1/4। উচ্চ মড্যুলেশন দক্ষতা, উচ্চ ঘনত্ব এবং স্বল্প দূরত্বের ডিজিটাল অপটিক্যাল ট্রান্সমিশন নেটওয়ার্ক যেমন ডেটা সেন্টারের জন্য উপযুক্ত। লিথিয়াম নিওবেটের ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল প্রভাবে কোনও আলো শোষণ প্রক্রিয়া এবং কম ক্ষতি নেই, যা দীর্ঘ দূরত্বের সুসঙ্গতের জন্য উপযুক্ত।অপটিক্যাল যোগাযোগবৃহৎ ক্ষমতা এবং উচ্চ হারের সাথে। মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রয়োগে, Si এবং InP এর ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল সহগগুলি অরৈখিক, যা উচ্চ রৈখিকতা এবং বৃহৎ গতিশীলতা অনুসরণকারী মাইক্রোওয়েভ ফোটন সিস্টেমের জন্য উপযুক্ত নয়। লিথিয়াম নিওবেট উপাদানটি সম্পূর্ণরূপে রৈখিক ইলেক্ট্রো-অপটিক্যাল মড্যুলেশন সহগের কারণে মাইক্রোওয়েভ ফোটন প্রয়োগের জন্য খুবই উপযুক্ত।
পোস্টের সময়: এপ্রিল-২২-২০২৪