Афзалиятҳо ва аҳамияти ниобати литийи плёнкаи тунук дар технологияи фотони печи ҳамгирошуда
Технологияи фотонии печи микроволновкадорои бартариҳои паҳнои кории калон, қобилияти қавии коркарди мувозӣ ва талафоти пасти интиқол мебошад, ки метавонад монеаи техникии системаҳои анъанавии печи микроволновкаро бартараф кунад ва кори таҷҳизоти иттилоотии электронии низомӣ, аз қабили радар, ҷанги электронӣ, алоқа ва андозагирӣ ва назоратро беҳтар созад. Бо вуҷуди ин, системаи фотони печи микроволновка, ки бар асоси дастгоҳҳои дискретӣ сохта шудааст, баъзе мушкилот, аз қабили ҳаҷми калон, вазни вазнин ва устувории заиф дорад, ки истифодаи технологияи фотони печи микроволновкаро дар платформаҳои кайҳонӣ ва ҳавоӣ маҳдуд мекунад. Аз ин рӯ, технологияи фотони печи микроволновкаи муттаҳидшуда ба як дастгирии муҳим барои бартараф кардани истифодаи фотони печи микроволновка дар системаҳои иттилоотии электронии низомӣ ва истифодаи пурраи бартариҳои технологияи фотони печи микроволновка табдил меёбад.
Дар айни замон, технологияи ҳамгироии фотонии дар асоси SI ва технологияи ҳамгироии фотонии дар асоси INP пас аз солҳои рушд дар соҳаи алоқаи оптикӣ беш аз пеш пухта расидааст ва маҳсулоти зиёде ба бозор бароварда шудаанд. Аммо, барои татбиқи фотони микроволновка, дар ин ду намуди технологияҳои ҳамгироии фотонҳо баъзе мушкилот мавҷуданд: масалан, коэффитсиенти ғайрихаттии электрооптикии модулятори Si ва модулятори InP бар хилофи хаттии баланд ва хусусиятҳои динамикии калон, ки технологияи фотони микроволновка пайгирӣ мекунад, мебошад; Масалан, калиди оптикии силикон, ки гузариши роҳи оптикиро амалӣ мекунад, хоҳ бар асоси таъсири гармӣ-оптикӣ, таъсири пьезоэлектрикӣ ё таъсири парокандагии тазриқи интиқолдиҳанда, мушкилоти суръати сусти гузариш, истеъмоли қувва ва истеъмоли гармиро дорад, ки наметавонад ба барномаҳои сканкунии босуръати шуоъ ва фотони микроволновкаи миқёси калон ҷавобгӯ бошад.
Ниобати литий ҳамеша интихоби аввал барои суръати баланд будмодулятсияи электрооптикӣмаводҳо аз сабаби таъсири аълои электрооптикии хаттии он. Аммо, ниобати анъанавии литиймодулятори электрооптикӣаз маводи бузурги кристаллии ниобати литий сохта шудааст ва андозаи дастгоҳ хеле калон аст, ки наметавонад ниёзҳои технологияи фотони печи микроволновкаи муттаҳидшударо қонеъ гардонад. Чӣ гуна маводи ниобати литийро бо коэффитсиенти хаттии электрооптикӣ ба системаи технологияи фотони печи микроволновкаи муттаҳидшуда муттаҳид кардан ҳадафи муҳаққиқони дахлдор шудааст. Дар соли 2018, як гурӯҳи тадқиқотӣ аз Донишгоҳи Ҳарвард дар Иёлоти Муттаҳида бори аввал дар бораи технологияи ҳамгироии фотонӣ, ки ба ниобати литийи плёнкаи тунук асос ёфтааст, дар Nature гузориш доданд, зеро ин технология бартариҳои ҳамгироии баланд, паҳнои калони модулятсияи электрооптикӣ ва хаттии баланди таъсири электрооптикиро дорад, ки пас аз ба кор андохтан фавран таваҷҷӯҳи академӣ ва саноатиро дар соҳаи ҳамгироии фотонӣ ва фотоникаи печи микроволновка ба вуҷуд овард. Аз нуқтаи назари татбиқи фотони печи микроволновка, ин мақола таъсир ва аҳамияти технологияи ҳамгироии фотонҳоро, ки ба ниобати литийи плёнкаи тунук асос ёфтааст, ба рушди технологияи фотони печи микроволновкаи микроволновкаи микроволновка асос ёфтааст, баррасӣ мекунад.
Маводи ниобатии литий плёнкаи тунук ва плёнкаи тунукмодулятори ниобати литий
Дар ду соли охир, як навъи нави маводи ниобати литий пайдо шуд, яъне плёнкаи ниобати литий аз кристалли ниобати бузурги литий бо усули "буридани ион" ҷудо карда мешавад ва бо қабати буферии кремний ба вафли Si пайваст карда мешавад, то маводи LNOI (LiNbO3-On-Insulator)-ро ташкил диҳад [5], ки дар ин мақола маводи ниобати литий плёнкаи тунук номида мешавад. Роҳнамоҳои мавҷгирҳои қаторкӯҳ бо баландии зиёда аз 100 нанометр метавонанд бо раванди беҳсозии хушккунии хушк ба маводи ниобати литий плёнкаи тунук кандакорӣ карда шаванд ва фарқияти нишондиҳандаи самараноки шикасти роҳнамоҳои мавҷгирҳои ташкилшуда метавонад ба зиёда аз 0,8 расад (хеле баландтар аз фарқияти нишондиҳандаи шикасти роҳнамоҳои анъанавии ниобати литий 0,02), тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст. Роҳнамои мавҷгири маҳдуди сахт ҳангоми тарҳрезии модулятор мувофиқати майдони рӯшноиро бо майдони печи микроволновка осонтар мекунад. Ҳамин тариқ, ба даст овардани шиддати ниммавҷи пасттар ва паҳнои банди модулятсияи калонтар дар дарозии кӯтоҳтар муфид аст.
Пайдоиши мавҷгири зермикронии ниобати литий бо талафоти кам монеаи шиддати баланди ҳаракатдиҳии модулятори электрооптикии анъанавии ниобати литийро бартараф мекунад. Фосилаи электродҳоро то ~ 5 мкм кам кардан мумкин аст ва ҳампӯшии байни майдони электрикӣ ва майдони режими оптикӣ хеле зиёд мешавад ва vπ ·L аз зиёда аз 20 В·см то камтар аз 2,8 В·см кам мешавад. Аз ин рӯ, дар зери ҳамон шиддати ниммавҷ, дарозии дастгоҳро дар муқоиса бо модулятори анъанавӣ хеле кам кардан мумкин аст. Дар айни замон, пас аз беҳсозии параметрҳои паҳноӣ, ғафсӣ ва фосилаи электроди мавҷи ҳаракаткунанда, тавре ки дар расм нишон дода шудааст, модулятор метавонад қобилияти паҳнои банди модулятсияи ултрабаландро аз 100 ГГц дошта бошад.
Расми 1 (а) тақсимоти ҳисобшудаи мода ва тасвири (б) буриши буриши мавҷгири LN
Расми 2 (а) Сохтори мавҷгир ва электрод ва пластинаи асосии модулятори LN (б)
Дар муқоисаи модуляторҳои ниобати литийи тунук бо модуляторҳои анъанавии тиҷоратии ниобати литий, модуляторҳои дар асоси кремний ва модуляторҳои индий фосфид (InP) ва дигар модуляторҳои электрооптикии баландсуръати мавҷуда, параметрҳои асосии муқоиса инҳоянд:
(1) Маҳсули ниммавҷи дарозии волт (vπ ·L, V·cm), ки самаранокии модулятсияи модуляторро чен мекунад, ҳар қадар арзиш хурдтар бошад, самаранокии модулятсия ҳамон қадар баландтар аст;
(2) паҳнои банди модулятсияи 3 дБ (GHz), ки вокуниши модуляторро ба модулятсияи басомади баланд чен мекунад;
(3) Талафоти воридкунии оптикӣ (dB) дар минтақаи модулятсия. Аз ҷадвал дида мешавад, ки модулятори ниобати литий плёнкаи тунук дар паҳнои банди модулятсия, шиддати ниммавҷ, талафоти интерполятсияи оптикӣ ва ғайра бартариҳои намоён дорад.
Кремний, ҳамчун санги асосии оптоэлектроникаи интегралӣ, то ҳол таҳия шудааст, ин раванд пухта расидааст, миниатюризатсияи он барои ҳамгироии миқёси васеъи дастгоҳҳои фаъол/ғайрифаъол мусоидат мекунад ва модулятори он дар соҳаи алоқаи оптикӣ ба таври васеъ ва амиқ омӯхта шудааст. Механизми модулятсияи электрооптикии кремний асосан аз камшавии интиқолдиҳанда, воридкунии интиқолдиҳанда ва ҷамъшавии интиқолдиҳанда иборат аст. Дар байни онҳо, паҳнои банди модулятор бо механизми камшавии интиқолдиҳандаи дараҷаи хаттӣ оптималӣ аст, аммо азбаски тақсимоти майдони оптикӣ бо нобаробарии минтақаи камшавӣ ҳампӯшӣ мекунад, ин таъсир таҳрифи ғайрихаттии тартиби дуюм ва таҳрифи интермодуляцияи тартиби сеюмро ба вуҷуд меорад, ки бо таъсири ҷабби интиқолдиҳанда ба рӯшноӣ якҷоя мешавад, ки боиси коҳиши амплитудаи модулятсияи оптикӣ ва таҳрифи сигнал мегардад.
Модулятори InP таъсири аълои электрооптикӣ дорад ва сохтори чоҳи квантии бисёрқабата метавонад модуляторҳои шиддати ронандагии ултра-баланд ва пастро бо Vπ·L то 0.156V·mm амалӣ кунад. Аммо, тағирёбии нишондиҳандаи шикаст бо майдони электрикӣ истилоҳҳои хаттӣ ва ғайрихаттиро дар бар мегирад ва афзоиши шиддати майдони электрикӣ таъсири тартиби дуюмро намоён мегардонад. Аз ин рӯ, модуляторҳои электро-оптикии кремний ва InP ҳангоми кор бояд барои ташкили пайванди pn таассубро татбиқ кунанд ва пайванди pn талафоти ҷаббидаро ба рӯшноӣ меорад. Аммо, андозаи модулятори ин ду хурд аст, андозаи модулятори тиҷоратии InP 1/4 модулятори LN аст. Самаранокии баланди модулятсия, барои шабакаҳои интиқоли оптикии рақамии зичии баланд ва масофаи кӯтоҳ, ба монанди марказҳои додаҳо, мувофиқ аст. Таъсири электро-оптикии ниобати литий механизми ҷаббидашавии рӯшноӣ ва талафоти паст надорад, ки барои когерентии масофаи дур мувофиқ аст.алоқаи оптикӣбо иқтидори калон ва суръати баланд. Дар татбиқи фотонҳои микроволновка, коэффитсиентҳои электрооптикии Si ва InP ғайрихаттӣ мебошанд, ки барои системаи фотонҳои микроволновка, ки хаттии баланд ва динамикаи калонро пайгирӣ мекунад, мувофиқ нест. Маводи ниобати литий аз сабаби коэффитсиенти комилан хаттии модулятсияи электрооптикии худ барои татбиқи фотонҳои микроволновка хеле мувофиқ аст.
Вақти нашр: 22 апрели соли 2024