ပါးလွှာသော ဖလင် လစ်သီယမ် နီဘိတ် ပစ္စည်း နှင့် ပါးလွှာသော ဖလင် လစ်သီယမ် နီဘိတ် မော်ဂျူး

ပေါင်းစပ်မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်နည်းပညာတွင် ပါးလွှာသော ဖလင်လီသီယမ်နီအိုဘိတ်၏ အားသာချက်များနှင့် အရေးပါမှု

မိုက်ခရိုဝေ့ဖိုတွန်နည်းပညာကြီးမားသောလုပ်ငန်းခွင်ဘန်းဝဒ်၊ အားကောင်းသောအပြိုင်လုပ်ဆောင်နိုင်စွမ်းနှင့် ဂီယာဆုံးရှုံးမှုနည်းပါးသော အားသာချက်များရှိပြီး ရိုးရာမိုက်ခရိုဝေ့ဖ်စနစ်၏ နည်းပညာဆိုင်ရာပိတ်ဆို့မှုများကို ချိုးဖျက်ကာ ရေဒါ၊ အီလက်ထရွန်နစ်စစ်ဆင်ရေး၊ ဆက်သွယ်ရေးနှင့် တိုင်းတာမှုနှင့် ထိန်းချုပ်မှုကဲ့သို့သော စစ်ဘက်အီလက်ထရွန်နစ်သတင်းအချက်အလက်ကိရိယာများ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပေးနိုင်သည့် အားသာချက်များရှိသည်။ သို့သော်၊ သီးခြားစက်ပစ္စည်းများကိုအခြေခံသည့် မိုက်ခရိုဝေ့ဖိုတွန်စနစ်တွင် ထုထည်ကြီးမားခြင်း၊ လေးလံသောအလေးချိန်နှင့် တည်ငြိမ်မှုညံ့ဖျင်းခြင်းစသည့် ပြဿနာအချို့ရှိပြီး၊ အာကာသတွင်းနှင့် ဝေဟင်ပေါ်ရှိ ပလပ်ဖောင်းများတွင် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်နည်းပညာအသုံးပြုမှုကို ပြင်းထန်စွာကန့်သတ်ထားသည်။ ထို့ကြောင့်၊ ပေါင်းစပ်မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်နည်းပညာသည် စစ်ဘက်အီလက်ထရွန်နစ်သတင်းအချက်အလက်စနစ်တွင် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်၏အသုံးချမှုကို ချိုးဖျက်ရန်နှင့် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်နည်းပညာ၏အားသာချက်များကို အပြည့်အဝအသုံးချရန် အရေးကြီးသောပံ့ပိုးမှုတစ်ခုဖြစ်လာသည်။

လက်ရှိတွင်၊ SI-based photonic ပေါင်းစပ်နည်းပညာနှင့် INP-based photonic ပေါင်းစပ်နည်းပညာများသည် optical communication နယ်ပယ်တွင် နှစ်ပေါင်းများစွာ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာပြီးနောက် ပိုမိုရင့်ကျက်လာကာ ထုတ်ကုန်အများအပြားကို စျေးကွက်ထဲသို့ ထည့်သွင်းလာခဲ့သည်။ သို့ရာတွင်၊ မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်အသုံးပြုမှုအတွက်၊ ဤဖိုတွန်ပေါင်းစပ်နည်းပညာနှစ်မျိုးတွင် ပြဿနာအချို့ရှိပါသည်- ဥပမာ၊ Si modulator နှင့် InP modulator ၏ nonlinear electro-optical coefficient သည် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်နည်းပညာဖြင့်လိုက်၍ မြင့်မားသော linearity နှင့် ကြီးမားသော dynamic လက္ခဏာများနှင့် ဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ အပူ-အလင်းပြန်သက်ရောက်မှု၊ ပီဇိုလျှပ်စစ်အကျိုးသက်ရောက်မှု သို့မဟုတ် သယ်ဆောင်သူဆေးထိုးပျံ့လွင့်မှုအကျိုးသက်ရောက်မှုအပေါ်အခြေခံသည်ဖြစ်စေ optical လမ်းကြောင်းပြောင်းခြင်းကို သိရှိနားလည်နိုင်သော ဆီလီကွန် optical ခလုတ်သည် မြန်ဆန်သောအလင်းတန်းစကင်န်ဖတ်ခြင်းနှင့် ကြီးမားသောခင်းကျင်းမှုစကေးကို မိုက်ခရိုဝေ့ဖိုတွန်အသုံးချမှုများကို မဖြည့်ဆည်းပေးနိုင်သည့် နှေးကွေးသောအမြန်နှုန်း၊ ပါဝါသုံးစွဲမှုနှင့် အပူသုံးစွဲမှုဆိုင်ရာ ပြဿနာများရှိသည်။

Lithium niobate သည် မြန်နှုန်းမြင့်ရန်အတွက် ပထမဆုံးရွေးချယ်မှုဖြစ်သည်။electro-optic modulation၎င်း၏အလွန်ကောင်းမွန်သော linear electro-optic အကျိုးသက်ရောက်မှုကြောင့်ပစ္စည်းများ။ သို့သော် ထုံးတမ်းစဉ်လာ လစ်သီယမ် niobate ဖြစ်သည်။electro-optical modulatorကြီးမားသော lithium niobate crystal material ဖြင့် ပြုလုပ်ထားပြီး ပေါင်းစပ်ထားသော မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်နည်းပညာ၏ လိုအပ်ချက်များကို မဖြည့်ဆည်းပေးနိုင်သော ကိရိယာ အရွယ်အစားမှာ အလွန်ကြီးမားပါသည်။ ပေါင်းစည်းထားသော မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်နည်းပညာစနစ်တွင် လီသီယမ် နီယိုဘိတ်ပစ္စည်းများကို လိုင်းယာလျှပ်စစ်-အလင်းပြန်ကိန်းနှင့် ပေါင်းစပ်နည်းသည် သက်ဆိုင်ရာသုတေသီများ၏ ပန်းတိုင်ဖြစ်လာသည်။ 2018 ခုနှစ်တွင် အမေရိကန်ပြည်ထောင်စုရှိ ဟားဗတ်တက္ကသိုလ်မှ သုတေသနအဖွဲ့တစ်ဖွဲ့သည် Nature ရှိ ပါးလွှာသောဖလင်လီသီယမ် နီအိုဘိတ်ကိုအခြေခံသည့် ဖိုနစ်ပေါင်းစပ်နည်းပညာကို ပထမဆုံးအစီရင်ခံတင်ပြခဲ့ရာ၊ နည်းပညာသည် မြင့်မားသောပေါင်းစပ်မှု၊ ကြီးမားသောလျှပ်စစ်အလင်းပြန်မှုလှိုင်းနှုန်းနှင့် အီလက်ထရောနစ်အလင်းပြန်ကြားခံအကျိုးသက်ရောက်မှုမြင့်မားသော linearity ပေါင်းစပ်မှုတို့ကြောင့် နည်းပညာနှင့် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဓာတ်ပုံနစ်ပေါင်းစပ်မှုနယ်ပယ်တွင် ပညာရပ်ဆိုင်ရာနှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာအာရုံစူးစိုက်မှုကို ချက်ချင်းရရှိစေခဲ့သည်။ မိုက်ခရိုဝေ့ဖ် ဖိုတွန် အသုံးချမှု ရှုထောင့်မှ ကြည့်လျှင် ဤစာတမ်းသည် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန် နည်းပညာ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုအပေါ် ပါးလွှာသော ဖလင်လီသီယမ် နီအိုဘိတ်ကို အခြေခံ၍ ဖိုတွန် ပေါင်းစပ်နည်းပညာ၏ သြဇာနှင့် အရေးပါမှုကို ပြန်လည်သုံးသပ်ပါသည်။

ပါးလွှာသောဖလင်သည် lithium niobate ရုပ်နှင့်ပါးလွှာသောဖလင်ဖြစ်သည်။လီသီယမ် နီအိုဘိတ် မော်ဂျူးကိရိယာ
မကြာသေးမီ နှစ်နှစ်အတွင်းတွင်၊ လီသီယမ် နီအိုဘိတ်ဓာတ် အမျိုးအစားသစ်တစ်ခု ထွက်ပေါ်လာခဲ့သည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ လီသီယမ် နီအိုဘိတ်ဖလင်အား “အိုင်းယွန်းလှီးဖြတ်ခြင်း” နည်းလမ်းဖြင့် လီသီယမ် နီအိုဘိတ် ဖလင်ကို ဖယ်ရှားကာ ပါးလွှာသော LNOI (LiNbO3-On-On-Ins) ဟုခေါ်သော Si wafer တွင် စီလီကာကြားခံအလွှာဖြင့် ချည်နှောင်ထားသည်။ ဤစာတမ်းပါအကြောင်းအရာ။ 100 nanometers ထက်ပိုမြင့်သော လှိုင်းဂိုက်များကို ခြောက်သွေ့သော etching လုပ်ငန်းစဉ်ဖြင့် အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ခြင်းဖြင့် ပါးလွှာသော ဖလင်လီသီယမ် နီအိုဘိတ်ပစ္စည်းများပေါ်တွင် ထွင်းထုနိုင်ပြီး ဖွဲ့စည်းထားသော waveguides များ၏ ထိရောက်သော အလင်းယိုင်ညွှန်းကိန်း ကွာခြားချက်သည် 0.8 ထက် ပိုမိုရောက်ရှိနိုင်သည် (အစဉ်အလာ လစ်သီယမ် niobate waveguides ၏ ပြင်းထန်သော အလင်းယိုင်မှုအညွှန်းကိန်း 100 ထက် အဆပေါင်းများစွာ မြင့်မားသည်)။ modulator ကို ဒီဇိုင်းထုတ်သောအခါတွင် အလင်းအကွက်ကို မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်အကွက်နှင့် လိုက်ဖက်ရန် ပိုမိုလွယ်ကူစေသည်။ ထို့ကြောင့်၊ တိုတောင်းသောအလျားတွင် လှိုင်းတစ်ဝက်ဗို့အားနှင့် ပိုကြီးသော modulation bandwidth ရရှိရန် အကျိုးရှိသည်။

ဆုံးရှုံးမှုနည်းပါးသော လီသီယမ် နီအိုဘိတ် လျှပ်ထရို-အော်ပတစ် မော်ဂျူလာတာ၏ မြင့်မားသော မောင်းနှင်မှုဗို့အား၏ ပိတ်ဆို့မှုကို ချိုးဖျက်ပေးသည်။ လျှပ်ကူးပစ္စည်းအကွာအဝေးကို ~ 5 µm သို့ လျှော့ချနိုင်ပြီး လျှပ်စစ်စက်ကွင်းနှင့် အလင်းမုဒ်အကွက်ကြား ထပ်နေမှုကို အလွန်တိုးလာကာ vπ·L သည် 20 V·cm မှ 2.8 V·cm အောက်သို့ လျော့နည်းသွားသည်။ ထို့ကြောင့်၊ တူညီသောတစ်ဝက်ဗို့အားအောက်တွင်၊ စက်၏အရှည်သည် သမားရိုးကျ modulator နှင့်နှိုင်းယှဉ်ပါက များစွာလျှော့ချနိုင်သည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ပုံတွင်ပြထားသည့်အတိုင်းခရီးသွားလှိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း၏အကျယ်၊ အထူနှင့်အကွာအဝေး၏ဘောင်များကိုပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ပြီးနောက်၊ မော်ဂျူလာကိရိယာသည် 100 GHz ထက်ပိုမိုမြင့်မားသော modulation bandwidth ၏စွမ်းရည်ကိုရရှိနိုင်သည်။

ပုံ.၁ (က) တွက်ချက်မုဒ် ဖြန့်ဖြူးမှုနှင့် (ခ) LN လှိုင်းလမ်းညွှန်၏ ဖြတ်ပိုင်းပုံ၊

ပုံ.၂ (က) Waveguide နှင့် electrode တည်ဆောက်ပုံနှင့် (b) LN modulator ၏ coreplate

ရိုးရာ lithium niobate စီးပွားဖြစ် modulators များနှင့် ပါးလွှာသော ဖလင် lithium niobate မော်ဂျူးများကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်း၊ ဆီလီကွန်အခြေခံသော မော်ဂျူလတာများနှင့် indium phosphide (InP) မော်ဂျူးများနှင့် အခြားရှိပြီးသား မြန်နှုန်းမြင့် အီလက်ထရွန်းနစ် မော်ဂျူလတာများ၊ နှိုင်းယှဉ်မှု၏ အဓိက ကန့်သတ်ချက်များ ပါဝင်သည်။
(1) လှိုင်းတစ်ဝက် ဗို့အားအရှည် ထုတ်ကုန် (vπ·L, V·cm)၊ မော်ဂျူလာတာ၏ မော်ဂျူလာတာ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို တိုင်းတာခြင်း၊ တန်ဖိုးသေးငယ်လေ၊
(2) 3 dB မော်ဂျူလာဘန်းဝဒ် (GHz)၊ မော်ဂျူးကိရိယာ၏ ကြိမ်နှုန်းမြင့် မော်ဂျူလာကို တုံ့ပြန်မှုကို တိုင်းတာသည့် 3 dB၊
(၃) မော်ဂျူလာဒေသတွင် Optical ထည့်သွင်းခြင်းဆုံးရှုံးမှု (dB)။ ပါးလွှာသောဖလင်လီသီယမ် နီအိုဘိတ် မော်ဂျူးစက်သည် မော်ဂျူလာဘန်းဝဒ်၊ လှိုင်းဝက်ဗို့အား၊ အလင်းပြန်မှု ဆုံးရှုံးမှု စသည်တို့တွင် သိသာထင်ရှားသော အားသာချက်များ ရှိကြောင်း ဇယားမှ တွေ့မြင်နိုင်သည်။

ပေါင်းစပ် optoelectronics ၏ အခြေခံအုတ်မြစ်ဖြစ်သည့် ဆီလီကွန်သည် ယခုအချိန်အထိ ဖွံ့ဖြိုးဆဲဖြစ်ပြီး၊ လုပ်ငန်းစဉ်သည် ရင့်ကျက်နေပြီဖြစ်ပြီး ၎င်း၏အသေးစားပြုလုပ်မှုသည် active/passive devices များ၏ အကြီးစားပေါင်းစပ်မှုအတွက် အထောက်အကူဖြစ်စေပြီး ၎င်း၏ modulator သည် optical communication နယ်ပယ်တွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်နှင့် လေးနက်စွာလေ့လာထားသည်။ ဆီလီကွန်၏ အီလက်ထရွန်းနစ် အလင်းပြမှုဆိုင်ရာ မော်ဂျူလာယန္တရားသည် အဓိကအားဖြင့် သယ်ဆောင်သူ ဖြန့်ကျက်ခြင်း၊ သယ်ဆောင်ဆေးထိုးခြင်းနှင့် သယ်ဆောင်သူ စုဆောင်းခြင်း ဖြစ်သည်။ ၎င်းတို့အနက်၊ modulator ၏ bandwidth သည် linear degree carrier depletion mechanism ဖြင့် အကောင်းဆုံးဖြစ်သည်၊ သို့သော် optical field distribution သည် depletion region ၏ တူညီမှုမရှိသော အခြေအနေနှင့် ထပ်နေသောကြောင့်၊ ဤ effect သည် nonlinear second-order distortion နှင့် third-order intermodulation distortion ဝေါဟာရများကို မိတ်ဆက်ပေးမည်ဖြစ်ပြီး၊ carrier ၏ optical optical ၏ စုပ်ယူမှုအကျိုးသက်ရောက်မှုသည် reduction နှင့် reduction ပေါ်ရှိ အလင်းသို့ဦးတည်မည့် modulatory signal တို့နှင့်အတူ၊ ပုံပျက်သည်။

InP modulator တွင် ထူးထူးခြားခြား အီလက်ထရွန်းနစ် အလင်းပြန်မှု သက်ရောက်မှုများ ရှိပြီး multi-layer quantum well structure သည် အလွန်မြင့်မားသောနှုန်းနှင့် Vπ·L မှ 0.156V · mm အထိ မောင်းနှင်နိုင်သော ဗို့အားနိမ့်သော မော်ဂျူးများကို သိရှိနိုင်သည်။ သို့သော်၊ လျှပ်စစ်စက်ကွင်းနှင့် အလင်းယိုင်မှုအညွှန်းကိန်း ကွဲလွဲမှုတွင် linear နှင့် nonlinear အခေါ်အဝေါ်များ ပါဝင်ပြီး လျှပ်စစ်စက်ကွင်းပြင်းထန်မှု တိုးလာခြင်းသည် ဒုတိယအစီအစဉ်အကျိုးသက်ရောက်မှုကို ထင်ရှားစေသည်။ ထို့ကြောင့်၊ silicon နှင့် InP electro-optic modulators များသည် pn junction ကိုအလုပ်လုပ်သောအခါတွင် bias ကိုအသုံးပြုရန်လိုအပ်ပြီး pn junction သည် absorption ဆုံးရှုံးမှုကိုအလင်းသို့ရောက်စေသည်။ သို့သော်၊ ဤနှစ်ခု၏ မော်ဒူလာ အရွယ်အစားသည် သေးငယ်သည်၊ စီးပွားဖြစ် InP မော်ဂျူလာတာ အရွယ်အစားသည် LN မော်ဂျူလာ၏ 1/4 ဖြစ်သည်။ မြင့်မားသော ရွေ့လျားမှုထိရောက်မှု၊ ဒေတာစင်တာများကဲ့သို့ မြင့်မားသောသိပ်သည်းဆနှင့် တိုတောင်းသော အကွာအဝေး ဒစ်ဂျစ်တယ်အလင်းပို့လွှတ်မှုကွန်ရက်များအတွက် သင့်လျော်သည်။ လစ်သီယမ် နီဘိတ်၏ အီလက်ထရွန်းနစ် အလင်းပြန်မှုအကျိုးသက်ရောက်မှုသည် အလင်းစုပ်ယူမှု ယန္တရားနှင့် ဆုံးရှုံးမှုနည်းပါးသည်၊၊ တာဝေးအကွာအဝေးအတွက် သင့်လျော်သည်။optical ဆက်သွယ်မှုကြီးမားသောစွမ်းရည်နှင့်မြင့်မားသောနှုန်းဖြင့်။ မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန်အက်ပလီကေးရှင်းတွင်၊ Si နှင့် InP ၏ အီလက်ထရွန်းနစ်အလင်းဖော်ကိန်းများသည် လိုင်းမဟုတ်သောကြောင့်၊ မြင့်မားသော linearity နှင့် ကြီးမားသော ဒိုင်းနမစ်များကိုလိုက်စားသည့် မိုက်ခရိုဝေ့ဖိုတွန်စနစ်အတွက် မသင့်လျော်ပါ။ Lithium niobate ပစ္စည်းသည် ၎င်း၏ လုံးဝ linear electro-optic modulation coefficient ကြောင့် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ဖိုတွန် အပလီကေးရှင်းအတွက် အလွန်သင့်လျော်ပါသည်။