ပိုမိုမြင့်မားသောပေါင်းစပ်ထားသော ပါးလွှာသောဖလင်လီသီယမ်နိုက်ဘိတ်လျှပ်စစ်အော့ပတစ်မော်တာ

မြင့်မားသော linearityအီလက်ထရို-အော့ပတစ် မော်ဂျူလာနှင့် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ် ဖိုတွန် အသုံးချမှု
ဆက်သွယ်ရေးစနစ်များ၏ လိုအပ်ချက်များ တိုးပွားလာသည်နှင့်အမျှ၊ အချက်ပြမှုများ၏ ထုတ်လွှင့်မှုစွမ်းဆောင်ရည်ကို ပိုမိုတိုးတက်စေရန်အတွက်၊ လူများသည် ဖိုတွန်များနှင့် အီလက်ထရွန်များကို ပေါင်းစပ်ပြီး အပြန်အလှန်အကျိုးပြုသည့် အကျိုးကျေးဇူးများ ရရှိစေမည်ဖြစ်ပြီး၊ မိုက်ခရိုဝေ့ဖ် ဖိုတွန်များ ပေါ်ပေါက်လာမည်ဖြစ်သည်။ လျှပ်စစ်ဓာတ်အားကို အလင်းအဖြစ် ပြောင်းလဲရန်အတွက် electro-optical modulator လိုအပ်ပါသည်။မိုက်ခရိုဝေ့ဖ် ဖိုတွန်နစ်စနစ်များ, နှင့် ဤအဓိကအဆင့်သည် ပုံမှန်အားဖြင့် စနစ်တစ်ခုလုံး၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို ဆုံးဖြတ်ပေးပါသည်။ ရေဒီယိုကြိမ်နှုန်းအချက်ပြမှုကို optical domain သို့ပြောင်းလဲခြင်းသည် analog အချက်ပြမှုလုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုဖြစ်သောကြောင့်၊ သာမန်အီလက်ထရို-အော့ပတစ် မော်ဂျူလာများnonlinearity ရှိတာကြောင့် conversion လုပ်ငန်းစဉ်မှာ signal distortion ပြင်းထန်ပါတယ်။ approximate linear modulation ရရှိဖို့အတွက် modulator ရဲ့ operating point ကို orthogonal bias point မှာ fixed လုပ်လေ့ရှိပေမယ့် modulator ရဲ့ linearity အတွက် microwave photon link ရဲ့ လိုအပ်ချက်တွေကို ဖြည့်ဆည်းပေးနိုင်ခြင်း မရှိသေးပါဘူး။ linearity မြင့်မားတဲ့ Electro-optic modulators တွေကို အရေးတကြီး လိုအပ်ပါတယ်။

ဆီလီကွန်ပစ္စည်းများ၏ မြန်နှုန်းမြင့် refractive index modulation ကို free carrier plasma dispersion (FCD) effect ဖြင့် ရရှိလေ့ရှိသည်။ FCD effect နှင့် PN junction modulation နှစ်ခုစလုံးသည် nonlinear ဖြစ်သောကြောင့် ဆီလီကွန် modulator သည် လီသီယမ် niobate modulator ထက် linear နည်းပါးသည်။ လီသီယမ် niobate ပစ္စည်းများသည် အလွန်ကောင်းမွန်သည်။အီလက်ထရို-အော့ပတစ် မော်ဂျူးရှင်း၎င်းတို့၏ Pucker effect ကြောင့် ဂုဏ်သတ္တိများရှိသည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ လီသီယမ် niobate ပစ္စည်းသည် bandwidth မြင့်မားခြင်း၊ modulation လက္ခဏာများကောင်းမွန်ခြင်း၊ ဆုံးရှုံးမှုနည်းပါးခြင်း၊ ပေါင်းစပ်ရလွယ်ကူခြင်းနှင့် semiconductor လုပ်ငန်းစဉ်နှင့် တွဲဖက်အသုံးပြုနိုင်ခြင်း၊ ဆီလီကွန်နှင့်နှိုင်းယှဉ်ပါက မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ရှိသော electro-optical modulator ပြုလုပ်ရန် thin film lithium niobate ကို အသုံးပြုခြင်းသည် “short plate” မရှိသလောက်ဖြစ်သော်လည်း မြင့်မားသော linearity ကိုလည်း ရရှိစေပါသည်။ insulator ပေါ်ရှိ Thin film lithium niobate (LNOI) electro-optic modulator သည် အလားအလာကောင်းသော ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှု ဦးတည်ချက်တစ်ခု ဖြစ်လာခဲ့သည်။ thin film lithium niobate ပစ္စည်းပြင်ဆင်မှုနည်းပညာနှင့် waveguide etching နည်းပညာ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုနှင့်အတူ thin film lithium niobate electro-optic modulator ၏ မြင့်မားသော conversion efficiency နှင့် မြင့်မားသောပေါင်းစပ်မှုသည် နိုင်ငံတကာပညာရေးနှင့် စက်မှုလုပ်ငန်း၏ နယ်ပယ်တစ်ခု ဖြစ်လာခဲ့သည်။

ပါးလွှာသောဖလင်လီသီယမ်နိုက်ဘိတ်၏ဝိသေသလက္ခဏာများ
အမေရိကန်ပြည်ထောင်စုတွင် DAP AR စီမံကိန်းရေးဆွဲခြင်းသည် လီသီယမ် niobate ပစ္စည်းများကို အောက်ပါအတိုင်း အကဲဖြတ်ခဲ့သည်- အီလက်ထရွန်းနစ်တော်လှန်ရေး၏ဗဟိုကို ၎င်းကိုဖြစ်နိုင်စေသော ဆီလီကွန်ပစ္စည်းကို အစွဲပြု၍ အမည်ပေးထားပါက၊ ဖိုတွန်နစ်တော်လှန်ရေး၏ မွေးရပ်မြေကို လီသီယမ် niobate ကို အစွဲပြု၍ အမည်ပေးထားဖွယ်ရှိသည်။ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် လီသီယမ် niobate သည် အလင်းပညာနယ်ပယ်ရှိ ဆီလီကွန်ပစ္စည်းများကဲ့သို့ပင် electro-optical effect၊ acousto-optical effect၊ piezoelectric effect၊ thermoelectric effect နှင့် photorefractive effect တို့ကို တစ်ခုတည်းတွင် ပေါင်းစပ်ထားသောကြောင့်ဖြစ်သည်။

အလင်းထုတ်လွှင့်မှု ဝိသေသလက္ခဏာများအရ၊ InP ပစ္စည်းသည် အသုံးများသော 1550nm band တွင် အလင်းစုပ်ယူမှုကြောင့် အကြီးမားဆုံး on-chip ထုတ်လွှင့်မှုဆုံးရှုံးမှုရှိသည်။ SiO2 နှင့် silicon nitride တို့သည် အကောင်းဆုံးထုတ်လွှင့်မှုဝိသေသလက္ခဏာများရှိပြီး ဆုံးရှုံးမှုမှာ ~ 0.01dB/cm2 အထိရောက်ရှိနိုင်သည်။ လက်ရှိတွင်၊ thin-film lithium niobate waveguide ၏ waveguide ဆုံးရှုံးမှုသည် 0.03dB/cm2 အထိရောက်ရှိနိုင်ပြီး အနာဂတ်တွင် နည်းပညာအဆင့် စဉ်ဆက်မပြတ်တိုးတက်ကောင်းမွန်လာသည်နှင့်အမျှ thin-film lithium niobate waveguide ဆုံးရှုံးမှုကို ပိုမိုလျှော့ချနိုင်ဖွယ်ရှိသည်။ ထို့ကြောင့်၊ thin film lithium niobate ပစ္စည်းသည် photosynthetic path၊ shunt နှင့် microring ကဲ့သို့သော passive light structure များအတွက် ကောင်းမွန်သောစွမ်းဆောင်ရည်ကို ပြသလိမ့်မည်။

အလင်းထုတ်လုပ်မှုအရ InP တစ်ခုတည်းသာ အလင်းကို တိုက်ရိုက်ထုတ်လွှတ်နိုင်စွမ်းရှိသည်။ ထို့ကြောင့် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်များကို အသုံးချရန်အတွက် LNOI အခြေခံ ဖိုတွန်ပေါင်းစပ်ချစ်ပ်ပေါ်တွင် backloading welding သို့မဟုတ် epitaxial growth မှတစ်ဆင့် InP အခြေခံ အလင်းအရင်းအမြစ်ကို မိတ်ဆက်ပေးရန် လိုအပ်ပါသည်။ အလင်းပြုပြင်မွမ်းမံမှုအရ၊ အထက်တွင် အလေးပေးဖော်ပြထားသည်မှာ thin film lithium niobate ပစ္စည်းသည် InP နှင့် Si ထက် modulation bandwidth ပိုကြီးခြင်း၊ half-wave voltage ပိုနည်းခြင်းနှင့် transmission loss ပိုနည်းခြင်းတို့ကို ရရှိရန် ပိုမိုလွယ်ကူသည်။ ထို့အပြင်၊ thin film lithium niobate ပစ္စည်းများ၏ electro-optical modulation ၏ မြင့်မားသော linearity သည် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်အသုံးချမှုအားလုံးအတွက် မရှိမဖြစ်လိုအပ်သည်။

optical routing အရ၊ thin film lithium niobate ပစ္စည်း၏ မြန်နှုန်းမြင့် electro-optical response ကြောင့် LNOI အခြေခံ optical switch သည် မြန်နှုန်းမြင့် optical routing switching ကို လုပ်ဆောင်နိုင်ပြီး ထိုကဲ့သို့သော မြန်နှုန်းမြင့် switching ၏ ပါဝါသုံးစွဲမှုလည်း အလွန်နည်းပါးပါသည်။ integrated microwave photon နည်းပညာ၏ ပုံမှန်အသုံးချမှုအတွက်၊ optically controlled beamforming chip တွင် မြန်နှုန်းမြင့် switching သည် fast beam scanning ၏ လိုအပ်ချက်များကို ဖြည့်ဆည်းပေးနိုင်ပြီး ultra-low power consumption ၏ ဝိသေသလက္ခဏာများသည် large-scale phased array system ၏ တင်းကျပ်သော လိုအပ်ချက်များနှင့် ကောင်းစွာ လိုက်လျောညီထွေဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ထားပါသည်။ InP အခြေခံ optical switch သည် မြန်နှုန်းမြင့် optical path switching ကိုလည်း လုပ်ဆောင်နိုင်သော်လည်း၊ ၎င်းသည် ဆူညံသံများစွာကို ဖြစ်ပေါ်စေမည်ဖြစ်ပြီး၊ အထူးသဖြင့် multilevel optical switch ကို cascaded လုပ်သောအခါ၊ noise coefficient သည် ပြင်းထန်စွာ ယိုယွင်းပျက်စီးသွားမည်ဖြစ်သည်။ Silicon၊ SiO2 နှင့် silicon nitride ပစ္စည်းများသည် thermo-optical effect သို့မဟုတ် carrier dispersion effect မှတစ်ဆင့် optical path များကိုသာ ပြောင်းလဲနိုင်ပြီး၊ ၎င်းတွင် ပါဝါသုံးစွဲမှု မြင့်မားခြင်းနှင့် switching speed နှေးကွေးခြင်း၏ အားနည်းချက်များ ရှိပါသည်။ phased array ၏ array အရွယ်အစား ကြီးမားသောအခါ၊ ပါဝါသုံးစွဲမှု လိုအပ်ချက်များကို ဖြည့်ဆည်းပေးနိုင်မည်မဟုတ်ပါ။

optical amplification အရဆိုရင်တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း အလင်းအမှောင် ချဲ့စက် (SOA) InP ကိုအခြေခံ၍ စီးပွားဖြစ်အသုံးပြုရန် ရင့်ကျက်သော်လည်း ဆူညံသံမြင့်မားခြင်းနှင့် ပြည့်ဝမှုအထွက်စွမ်းအားနည်းပါးခြင်း စသည့် အားနည်းချက်များရှိပြီး ၎င်းသည် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်များ အသုံးချမှုအတွက် မသင့်တော်ပါ။ ပုံမှန်အသက်ဝင်မှုနှင့် ပြောင်းပြန်လှန်မှုအပေါ် အခြေခံထားသော thin-film လီသီယမ်နီယိုဘိတ်လှိုင်းလမ်းညွှန်၏ parametric amplification လုပ်ငန်းစဉ်သည် ဆူညံသံနည်းပါးခြင်းနှင့် မြင့်မားသောပါဝါရှိသော on-chip optical amplification ကို ရရှိစေနိုင်ပြီး on-chip optical amplification အတွက် integrated microwave photon နည်းပညာ၏ လိုအပ်ချက်များကို ကောင်းစွာဖြည့်ဆည်းပေးနိုင်ပါသည်။

အလင်းထောက်လှမ်းမှုအရ၊ ပါးလွှာသောဖလင်လီသီယမ်နီယိုဘိတ်သည် 1550 nm band တွင် အလင်းသို့ ကောင်းမွန်သောထုတ်လွှင့်မှုဝိသေသလက္ခဏာများရှိသည်။ photoelectric conversion ၏လုပ်ဆောင်ချက်ကို အကောင်အထည်မဖော်နိုင်ပါ၊ ထို့ကြောင့် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်အသုံးချမှုများအတွက်၊ ချစ်ပ်ပေါ်ရှိ photoelectric conversion ၏လိုအပ်ချက်များကိုဖြည့်ဆည်းရန်ဖြစ်သည်။ InGaAs သို့မဟုတ် Ge-Si ထောက်လှမ်းယူနစ်များကို LNOI အခြေခံ photonic integrated ချစ်ပ်များတွင် backloading welding သို့မဟုတ် epitaxial growth ဖြင့် မိတ်ဆက်ရန်လိုအပ်သည်။ optical fiber နှင့် ချိတ်ဆက်မှုအရ၊ optical fiber ကိုယ်တိုင်သည် SiO2 ပစ္စည်းဖြစ်သောကြောင့်၊ SiO2 waveguide ၏ mode field သည် optical fiber ၏ mode field နှင့် အမြင့်ဆုံးကိုက်ညီမှုဒီဂရီရှိပြီး ချိတ်ဆက်မှုသည် အဆင်ပြေဆုံးဖြစ်သည်။ ပါးလွှာသောဖလင်လီသီယမ်နီယိုဘိတ်၏ ပြင်းထန်စွာကန့်သတ်ထားသော waveguide ၏ mode field အချင်းသည် 1μm ခန့်ရှိပြီး optical fiber ၏ mode field နှင့် အတော်လေးကွာခြားသောကြောင့် optical fiber ၏ mode field နှင့်ကိုက်ညီစေရန် သင့်လျော်သော mode spot transformation ကို လုပ်ဆောင်ရမည်။

ပေါင်းစပ်မှုအရ၊ ပစ္စည်းအမျိုးမျိုးတွင် မြင့်မားသော ပေါင်းစပ်မှုအလားအလာရှိမရှိသည် အဓိကအားဖြင့် waveguide ၏ ကွေးညွှတ်အချင်းဝက် (waveguide mode field ၏ ကန့်သတ်ချက်ကြောင့် သက်ရောက်မှုရှိသည်) ပေါ်တွင် မူတည်သည်။ ပြင်းထန်စွာ ကန့်သတ်ထားသော waveguide သည် ကွေးညွှတ်အချင်းဝက်ကို သေးငယ်စေပြီး မြင့်မားသော ပေါင်းစပ်မှုကို သဘောပေါက်ရန် ပိုမိုအထောက်အကူပြုသည်။ ထို့ကြောင့်၊ thin-film လီသီယမ် နီယိုဘိတ် waveguides များသည် မြင့်မားသော ပေါင်းစပ်မှုကို ရရှိရန် အလားအလာရှိသည်။ ထို့ကြောင့်၊ thin film လီသီယမ် နီယိုဘိတ်၏ ပေါ်လာမှုသည် လီသီယမ် နီယိုဘိတ် ပစ္စည်းသည် optical “silicon” ၏ အခန်းကဏ္ဍကို အမှန်တကယ် ပါဝင်နိုင်စေသည်။ မိုက်ခရိုဝေ့ဖ် ဖိုတွန်များကို အသုံးချရန်အတွက်၊ thin film လီသီယမ် နီယိုဘိတ်၏ အားသာချက်များသည် ပိုမိုထင်ရှားသည်။