ভূমিকা
ইলেকট্রনিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট (EICs) এর সাফল্যে অনুপ্রাণিত হয়ে, ১৯৬৯ সালে প্রতিষ্ঠার পর থেকে ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট (PICs) এর ক্ষেত্রটি বিকশিত হচ্ছে। তবে, EICs এর বিপরীতে, বিভিন্ন ফোটোনিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে সমর্থন করতে সক্ষম একটি সর্বজনীন প্ল্যাটফর্মের বিকাশ একটি বড় চ্যালেঞ্জ হিসাবে রয়ে গেছে। এই নিবন্ধটি উদীয়মান লিথিয়াম নিওবেট অন ইনসুলেটর (LNOI) প্রযুক্তি অন্বেষণ করে, যা দ্রুত পরবর্তী প্রজন্মের PICs এর জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল সমাধান হয়ে উঠেছে।
LNOI প্রযুক্তির উত্থান
লিথিয়াম নিওবেট (LN) দীর্ঘকাল ধরে ফোটোনিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি মূল উপাদান হিসেবে স্বীকৃত। তবে, শুধুমাত্র পাতলা-ফিল্ম LNOI এবং উন্নত ফ্যাব্রিকেশন কৌশলের আবির্ভাবের মাধ্যমে এর পূর্ণ সম্ভাবনা উন্মোচিত হয়েছে। গবেষকরা LNOI প্ল্যাটফর্মগুলিতে [1] অতি-নিম্ন-ক্ষতির রিজ ওয়েভগাইড এবং অতি-উচ্চ-Q মাইক্রোরেজোনেটর সফলভাবে প্রদর্শন করেছেন, যা সমন্বিত ফোটোনিক্সে একটি উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি চিহ্নিত করেছে।
LNOI প্রযুক্তির মূল সুবিধা
- অতি-নিম্ন অপটিক্যাল ক্ষতি(সর্বনিম্ন ০.০১ ডিবি/সেমি)
- উচ্চমানের ন্যানোফোটোনিক কাঠামো
- বিভিন্ন অরৈখিক অপটিক্যাল প্রক্রিয়ার জন্য সমর্থন
- ইন্টিগ্রেটেড ইলেক্ট্রো-অপটিক (EO) টিউনেবিলিটি
LNOI-তে অরৈখিক অপটিক্যাল প্রক্রিয়া
LNOI প্ল্যাটফর্মে তৈরি উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ন্যানোফোটোনিক কাঠামো উল্লেখযোগ্য দক্ষতা এবং ন্যূনতম পাম্প শক্তি সহ মূল অরৈখিক অপটিক্যাল প্রক্রিয়াগুলি বাস্তবায়ন সক্ষম করে। প্রদর্শিত প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে রয়েছে:
- দ্বিতীয় হারমোনিক জেনারেশন (SHG)
- সমষ্টিগত ফ্রিকোয়েন্সি জেনারেশন (SFG)
- ডিফারেন্স ফ্রিকোয়েন্সি জেনারেশন (DFG)
- প্যারামেট্রিক ডাউন-কনভার্সন (PDC)
- ফোর-ওয়েভ মিক্সিং (FWM)
এই প্রক্রিয়াগুলিকে অপ্টিমাইজ করার জন্য বিভিন্ন ফেজ-ম্যাচিং স্কিম বাস্তবায়িত হয়েছে, যা LNOI কে একটি অত্যন্ত বহুমুখী নন-লিনিয়ার অপটিক্যাল প্ল্যাটফর্ম হিসেবে প্রতিষ্ঠিত করেছে।
ইলেক্ট্রো-অপটিক্যালি টিউনেবল ইন্টিগ্রেটেড ডিভাইস
LNOI প্রযুক্তি বিস্তৃত পরিসরের সক্রিয় এবং নিষ্ক্রিয় টিউনেবল ফোটোনিক ডিভাইসের বিকাশকেও সক্ষম করেছে, যেমন:
- উচ্চ-গতির অপটিক্যাল মডুলেটর
- পুনর্গঠনযোগ্য বহুমুখী PIC গুলি
- টিউনেবল ফ্রিকোয়েন্সি চিরুনি
- মাইক্রো-অপ্টোমেকানিকাল স্প্রিংস
এই ডিভাইসগুলি আলোর সংকেতের সুনির্দিষ্ট, উচ্চ-গতির নিয়ন্ত্রণ অর্জনের জন্য লিথিয়াম নিওবেটের অন্তর্নিহিত EO বৈশিষ্ট্যগুলিকে কাজে লাগায়।
LNOI ফোটোনিক্সের ব্যবহারিক প্রয়োগ
LNOI-ভিত্তিক PIC গুলি এখন ক্রমবর্ধমান সংখ্যক ব্যবহারিক প্রয়োগে গৃহীত হচ্ছে, যার মধ্যে রয়েছে:
- মাইক্রোওয়েভ থেকে অপটিক্যাল রূপান্তরকারী
- অপটিক্যাল সেন্সর
- অন-চিপ স্পেকট্রোমিটার
- অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি চিরুনি
- উন্নত টেলিযোগাযোগ ব্যবস্থা
এই অ্যাপ্লিকেশনগুলি LNOI-এর বাল্ক-অপটিক উপাদানগুলির কর্মক্ষমতার সাথে মেলে এমন সম্ভাবনা প্রদর্শন করে, একই সাথে ফটোলিথোগ্রাফিক ফ্যাব্রিকেশনের মাধ্যমে স্কেলেবল, শক্তি-দক্ষ সমাধান প্রদান করে।
বর্তমান চ্যালেঞ্জ এবং ভবিষ্যতের দিকনির্দেশনা
আশাব্যঞ্জক অগ্রগতি সত্ত্বেও, LNOI প্রযুক্তি বেশ কয়েকটি প্রযুক্তিগত বাধার সম্মুখীন হয়:
ক) অপটিক্যাল লস আরও কমানো
বর্তমান তরঙ্গ নির্দেশিকা ক্ষতি (0.01 dB/cm) এখনও উপাদান শোষণ সীমার চেয়ে অনেক বেশি। পৃষ্ঠের রুক্ষতা এবং শোষণ-সম্পর্কিত ত্রুটি কমাতে আয়ন-স্লাইসিং কৌশল এবং ন্যানোফ্যাব্রিকেশনের অগ্রগতি প্রয়োজন।
খ) উন্নত ওয়েভগাইড জ্যামিতি নিয়ন্ত্রণ
উচ্চতর ইন্টিগ্রেশন ঘনত্বের জন্য পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা হ্রাস না করে বা বংশবিস্তার ক্ষতি বৃদ্ধি না করে সাব-৭০০ এনএম ওয়েভগাইড এবং সাব-২ মাইক্রোমিটার কাপলিং গ্যাপ সক্ষম করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
গ) কাপলিং দক্ষতা বৃদ্ধি করা
যদিও টেপার্ড ফাইবার এবং মোড কনভার্টার উচ্চ কাপলিং দক্ষতা অর্জনে সহায়তা করে, প্রতিফলন-বিরোধী আবরণ বায়ু-উপাদান ইন্টারফেস প্রতিফলনকে আরও প্রশমিত করতে পারে।
ঘ) কম ক্ষতির মেরুকরণ উপাদানগুলির উন্নয়ন
LNOI-তে পোলারাইজেশন-অসংবেদনশীল ফোটোনিক ডিভাইসগুলি অপরিহার্য, যার জন্য এমন উপাদান প্রয়োজন যা মুক্ত-স্থান পোলারাইজারের কর্মক্ষমতার সাথে মেলে।
ঙ) নিয়ন্ত্রণ ইলেকট্রনিক্সের একীকরণ
অপটিক্যাল কর্মক্ষমতা হ্রাস না করে বৃহৎ-স্কেল নিয়ন্ত্রণ ইলেকট্রনিক্সকে কার্যকরভাবে সংহত করা একটি গুরুত্বপূর্ণ গবেষণার দিক।
চ) অ্যাডভান্সড ফেজ ম্যাচিং এবং ডিসপারসন ইঞ্জিনিয়ারিং
নন-লিনিয়ার অপটিক্সের জন্য সাব-মাইক্রন রেজোলিউশনে নির্ভরযোগ্য ডোমেন প্যাটার্নিং অত্যাবশ্যক কিন্তু LNOI প্ল্যাটফর্মে এটি একটি অপরিণত প্রযুক্তি হিসেবে রয়ে গেছে।
ছ) ফ্যাব্রিকেশন ত্রুটির জন্য ক্ষতিপূরণ
বাস্তব-বিশ্ব স্থাপনের জন্য পরিবেশগত পরিবর্তন বা ফ্যাব্রিকেশনের বৈচিত্র্যের কারণে সৃষ্ট ফেজ শিফট কমানোর কৌশলগুলি অপরিহার্য।
জ) দক্ষ মাল্টি-চিপ কাপলিং
একক-ওয়েফার ইন্টিগ্রেশন সীমা অতিক্রম করার জন্য একাধিক LNOI চিপের মধ্যে দক্ষ সংযোগ স্থাপনের বিষয়টি মোকাবেলা করা প্রয়োজন।
সক্রিয় এবং নিষ্ক্রিয় উপাদানগুলির একচেটিয়া একীকরণ
LNOI PIC-এর জন্য একটি মূল চ্যালেঞ্জ হল সক্রিয় এবং নিষ্ক্রিয় উপাদানগুলির সাশ্রয়ী একচেটিয়া একীকরণ, যেমন:
- লেজার
- ডিটেক্টর
- অরৈখিক তরঙ্গদৈর্ঘ্য রূপান্তরকারী
- মডুলেটর
- মাল্টিপ্লেক্সার/ডিমাল্টিপ্লেক্সার
বর্তমান কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে:
ক) LNOI এর আয়ন ডোপিং:
নির্দিষ্ট অঞ্চলে সক্রিয় আয়নগুলির নির্বাচনী ডোপিং অন-চিপ আলোর উৎসের দিকে পরিচালিত করতে পারে।
খ) বন্ধন এবং ভিন্নধর্মী একীকরণ:
ডোপড LNOI স্তর বা III-V লেজারের সাহায্যে প্রি-ফ্যাব্রিকেটেড প্যাসিভ LNOI PIC গুলিকে বন্ধন করা একটি বিকল্প পথ প্রদান করে।
গ) হাইব্রিড অ্যাক্টিভ/প্যাসিভ LNOI ওয়েফার তৈরি:
একটি উদ্ভাবনী পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে আয়ন স্লাইসিংয়ের আগে ডোপড এবং আনডোড এলএন ওয়েফারগুলিকে বন্ধন করা, যার ফলে সক্রিয় এবং নিষ্ক্রিয় উভয় অঞ্চলের সাথে এলএনওআই ওয়েফার তৈরি হয়।
চিত্র ১হাইব্রিড ইন্টিগ্রেটেড অ্যাক্টিভ/প্যাসিভ পিআইসির ধারণাটি চিত্রিত করে, যেখানে একটি একক লিথোগ্রাফিক প্রক্রিয়া উভয় ধরণের উপাদানের নিরবচ্ছিন্ন সারিবদ্ধকরণ এবং একীকরণ সক্ষম করে।
ফটোডিটেক্টরের ইন্টিগ্রেশন
LNOI-ভিত্তিক PIC-তে ফটোডিটেক্টর একীভূত করা সম্পূর্ণরূপে কার্যকরী সিস্টেমের দিকে আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ। দুটি প্রাথমিক পদ্ধতির তদন্ত চলছে:
ক) ভিন্নধর্মী একীকরণ:
সেমিকন্ডাক্টর ন্যানোস্ট্রাকচারগুলিকে ক্ষণস্থায়ীভাবে LNOI ওয়েভগাইডের সাথে সংযুক্ত করা যেতে পারে। তবে, সনাক্তকরণ দক্ষতা এবং স্কেলেবিলিটিতে উন্নতি এখনও প্রয়োজন।
খ) অরৈখিক তরঙ্গদৈর্ঘ্য রূপান্তর:
LN-এর অরৈখিক বৈশিষ্ট্যগুলি তরঙ্গগাইডের মধ্যে ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তরকে অনুমতি দেয়, যা কার্যকরী তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্বিশেষে স্ট্যান্ডার্ড সিলিকন ফটোডিটেক্টর ব্যবহার সক্ষম করে।
উপসংহার
LNOI প্রযুক্তির দ্রুত অগ্রগতি শিল্পকে একটি সার্বজনীন PIC প্ল্যাটফর্মের কাছাকাছি নিয়ে আসে যা বিস্তৃত পরিসরের অ্যাপ্লিকেশন পরিবেশন করতে সক্ষম। বিদ্যমান চ্যালেঞ্জগুলি মোকাবেলা করে এবং মনোলিথিক এবং ডিটেক্টর ইন্টিগ্রেশনে উদ্ভাবনকে এগিয়ে নিয়ে যাওয়ার মাধ্যমে, LNOI-ভিত্তিক PIC গুলির টেলিযোগাযোগ, কোয়ান্টাম তথ্য এবং সেন্সিংয়ের মতো ক্ষেত্রগুলিতে বিপ্লব ঘটানোর সম্ভাবনা রয়েছে।
LNOI EIC-এর সাফল্য এবং প্রভাবের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ স্কেলেবল PIC-এর দীর্ঘস্থায়ী দৃষ্টিভঙ্গি পূরণের প্রতিশ্রুতি রাখে। নানজিং ফোটোনিক্স প্রসেস প্ল্যাটফর্ম এবং জিয়াওইয়াওটেক ডিজাইন প্ল্যাটফর্মের মতো অব্যাহত গবেষণা ও উন্নয়ন প্রচেষ্টা সমন্বিত ফোটোনিক্সের ভবিষ্যত গঠনে এবং প্রযুক্তিগত ক্ষেত্রে নতুন সম্ভাবনা উন্মোচনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করবে।
পোস্টের সময়: জুলাই-১৮-২০২৫