ইন্টিগ্রেটেড অপটিক্স ক্ষেত্রে থিন-ফিল্ম লিথিয়াম ট্যানটালেট (LTOI) উপাদান একটি উল্লেখযোগ্য নতুন শক্তি হিসেবে আবির্ভূত হচ্ছে। এই বছর, LTOI মডুলেটরগুলির উপর বেশ কয়েকটি উচ্চ-স্তরের কাজ প্রকাশিত হয়েছে, যার মধ্যে রয়েছে সাংহাই ইনস্টিটিউট অফ মাইক্রোসিস্টেম অ্যান্ড ইনফরমেশন টেকনোলজির অধ্যাপক জিন ওউ দ্বারা সরবরাহিত উচ্চ-মানের LTOI ওয়েফার এবং সুইজারল্যান্ডের EPFL-এ অধ্যাপক কিপেনবার্গের গ্রুপ দ্বারা উন্নত উচ্চ-মানের ওয়েভগাইড এচিং প্রক্রিয়া। তাদের সহযোগিতামূলক প্রচেষ্টা চিত্তাকর্ষক ফলাফল প্রদর্শন করেছে। এছাড়াও, অধ্যাপক লিউ লিউর নেতৃত্বে ঝেজিয়াং বিশ্ববিদ্যালয় এবং অধ্যাপক লনকারের নেতৃত্বে হার্ভার্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষণা দলগুলি উচ্চ-গতির, উচ্চ-স্থিতিশীলতা LTOI মডুলেটরগুলির উপরও প্রতিবেদন করেছে।
থিন-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট (LNOI) এর নিকটাত্মীয় হিসেবে, LTOI লিথিয়াম নিওবেটের উচ্চ-গতির মড্যুলেশন এবং কম-ক্ষতির বৈশিষ্ট্য ধরে রাখে এবং একই সাথে কম খরচ, কম বায়ারফ্রিঞ্জেন্স এবং কম আলোকরসাত্মক প্রভাবের মতো সুবিধাও প্রদান করে। দুটি উপকরণের প্রধান বৈশিষ্ট্যের তুলনা নীচে উপস্থাপন করা হল।
◆ লিথিয়াম ট্যানটালেট (LTOI) এবং লিথিয়াম নিওবেট (LNOI) এর মধ্যে মিল
①প্রতিসরাঙ্ক:২.১২ বনাম ২.২১
এর অর্থ হল উভয় উপকরণের উপর ভিত্তি করে একক-মোড ওয়েভগাইডের মাত্রা, নমন ব্যাসার্ধ এবং সাধারণ প্যাসিভ ডিভাইসের আকারগুলি খুব একই রকম, এবং তাদের ফাইবার কাপলিং কর্মক্ষমতাও তুলনীয়। ভালো ওয়েভগাইড এচিংয়ের মাধ্যমে, উভয় উপকরণই সন্নিবেশ ক্ষতি অর্জন করতে পারে<0.1 dB/cm। EPFL 5.6 dB/m তরঙ্গ নির্দেশিকা ক্ষতির রিপোর্ট করেছে।
②ইলেক্ট্রো-অপটিক সহগ:৩০.৫ pm/V বনাম ৩০.৯ pm/V
উভয় উপকরণের জন্য মড্যুলেশন দক্ষতা তুলনীয়, পকেলস প্রভাবের উপর ভিত্তি করে মড্যুলেশন উচ্চ ব্যান্ডউইথের জন্য অনুমতি দেয়। বর্তমানে, LTOI মডুলেটরগুলি প্রতি লেনে 400G কর্মক্ষমতা অর্জন করতে সক্ষম, যার ব্যান্ডউইথ 110 GHz এর বেশি।
③ব্যান্ডগ্যাপ:৩.৯৩ ইভি বনাম ৩.৭৮ ইভি
উভয় উপকরণেরই একটি প্রশস্ত স্বচ্ছ জানালা রয়েছে, যা দৃশ্যমান থেকে ইনফ্রারেড তরঙ্গদৈর্ঘ্য পর্যন্ত অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে সমর্থন করে, যোগাযোগ ব্যান্ডগুলিতে কোনও শোষণ ছাড়াই।
④দ্বিতীয়-ক্রমের অরৈখিক সহগ (d33):রাত ১১টা/ভোর বনাম রাত ১২টা/ভোর
যদি দ্বিতীয় হারমোনিক জেনারেশন (SHG), ডিফারেন্স-ফ্রিকোয়েন্সি জেনারেশন (DFG), অথবা সাম-ফ্রিকোয়েন্সি জেনারেশন (SFG) এর মতো অরৈখিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ব্যবহার করা হয়, তাহলে দুটি উপকরণের রূপান্তর দক্ষতা বেশ একই রকম হওয়া উচিত।
◆ LTOI বনাম LNOI এর খরচ সুবিধা
①কম ওয়েফার প্রস্তুতি খরচ
LNOI-এর জন্য স্তর পৃথকীকরণের জন্য He আয়ন ইমপ্লান্টেশন প্রয়োজন, যার আয়নীকরণ দক্ষতা কম। বিপরীতে, LTOI পৃথকীকরণের জন্য H আয়ন ইমপ্লান্টেশন ব্যবহার করে, SOI-এর মতো, যার ডিলামিনেশন দক্ষতা LNOI-এর চেয়ে 10 গুণ বেশি। এর ফলে 6-ইঞ্চি ওয়েফারের দামের উল্লেখযোগ্য পার্থক্য দেখা দেয়: $300 বনাম $2000, যা 85% খরচ কম।
②এটি ইতিমধ্যেই ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স বাজারে অ্যাকোস্টিক ফিল্টারের জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে।(বার্ষিক ৭,৫০,০০০ ইউনিট, স্যামসাং, অ্যাপল, সনি ইত্যাদি দ্বারা ব্যবহৃত)।
◆ LTOI বনাম LNOI এর কর্মক্ষমতা সুবিধা
①কম উপাদান ত্রুটি, দুর্বল আলোকরসাত্মক প্রভাব, আরও স্থিতিশীলতা
প্রাথমিকভাবে, LNOI মডুলেটরগুলি প্রায়শই পক্ষপাত বিন্দু প্রবাহ প্রদর্শন করত, মূলত ওয়েভগাইড ইন্টারফেসে ত্রুটির কারণে চার্জ জমা হওয়ার কারণে। যদি চিকিৎসা না করা হয়, তাহলে এই ডিভাইসগুলি স্থিতিশীল হতে এক দিন পর্যন্ত সময় লাগতে পারে। তবে, এই সমস্যাটি সমাধানের জন্য বিভিন্ন পদ্ধতি তৈরি করা হয়েছিল, যেমন ধাতব অক্সাইড ক্ল্যাডিং, সাবস্ট্রেট পোলারাইজেশন এবং অ্যানিলিং ব্যবহার করা, যা এখন এই সমস্যাটিকে মূলত পরিচালনাযোগ্য করে তুলেছে।
বিপরীতে, LTOI-তে কম উপাদানগত ত্রুটি রয়েছে, যার ফলে ড্রিফট ঘটনা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। অতিরিক্ত প্রক্রিয়াকরণ ছাড়াই, এর অপারেটিং পয়েন্ট তুলনামূলকভাবে স্থিতিশীল থাকে। EPFL, হার্ভার্ড এবং ঝেজিয়াং বিশ্ববিদ্যালয় একই রকম ফলাফল রিপোর্ট করেছে। তবে, তুলনাটি প্রায়শই অপরিশোধিত LNOI মডুলেটর ব্যবহার করে, যা সম্পূর্ণ ন্যায্য নাও হতে পারে; প্রক্রিয়াকরণের ক্ষেত্রে, উভয় উপাদানের কর্মক্ষমতা সম্ভবত একই রকম। মূল পার্থক্য হল LTOI-তে কম অতিরিক্ত প্রক্রিয়াকরণ পদক্ষেপের প্রয়োজন হয়।
②নিম্ন বায়ারফ্রিঞ্জেন্স: ০.০০৪ বনাম ০.০৭
লিথিয়াম নিওবেট (LNOI) এর উচ্চ বায়ারফ্রিঞ্জেন্স অনেক সময় চ্যালেঞ্জিং হতে পারে, বিশেষ করে যেহেতু ওয়েভগাইড বাঁক মোড কাপলিং এবং মোড হাইব্রিডাইজেশনের কারণ হতে পারে। পাতলা LNOI-তে, ওয়েভগাইডের একটি বাঁক আংশিকভাবে TE আলোকে TM আলোতে রূপান্তর করতে পারে, যা ফিল্টারের মতো কিছু প্যাসিভ ডিভাইসের তৈরিকে জটিল করে তোলে।
LTOI-এর ক্ষেত্রে, নিম্ন বায়ারফ্রিনজেন্স এই সমস্যাটি দূর করে, যার ফলে উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন প্যাসিভ ডিভাইস তৈরি করা সহজ হয়। EPFL উল্লেখযোগ্য ফলাফলও জানিয়েছে, LTOI-এর নিম্ন বায়ারফ্রিনজেন্স এবং মোড-ক্রসিংয়ের অনুপস্থিতি ব্যবহার করে বিস্তৃত বর্ণালী পরিসরে ফ্ল্যাট ডিসপারশন নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে আল্ট্রা-ওয়াইড-স্পেকট্রাম ইলেক্ট্রো-অপটিক ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব জেনারেশন অর্জন করেছে। এর ফলে ২০০০-এরও বেশি কম্ব লাইন সহ একটি চিত্তাকর্ষক ৪৫০ এনএম কম্ব ব্যান্ডউইথ তৈরি হয়েছে, যা লিথিয়াম নিওবেট দিয়ে অর্জন করা সম্ভব তার চেয়ে কয়েকগুণ বেশি। কের অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্বের তুলনায়, ইলেক্ট্রো-অপটিক কম্ব থ্রেশহোল্ড-মুক্ত এবং আরও স্থিতিশীল হওয়ার সুবিধা প্রদান করে, যদিও তাদের জন্য উচ্চ-ক্ষমতা সম্পন্ন মাইক্রোওয়েভ ইনপুট প্রয়োজন।
③উচ্চতর অপটিক্যাল ক্ষতির থ্রেশহোল্ড
LTOI-এর অপটিক্যাল ড্যামেজ থ্রেশহোল্ড LNOI-এর দ্বিগুণ, যা নন-লিনিয়ার অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে (এবং সম্ভাব্য ভবিষ্যতের কোহেরেন্ট পারফেক্ট অ্যাবসর্পশন (CPO) অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে) একটি সুবিধা প্রদান করে। বর্তমান অপটিক্যাল মডিউল পাওয়ার লেভেল লিথিয়াম নিওবেটের ক্ষতি করার সম্ভাবনা কম।
④নিম্ন রমন প্রভাব
এটি অরৈখিক প্রয়োগের ক্ষেত্রেও প্রযোজ্য। লিথিয়াম নিওবেটের একটি শক্তিশালী রমন প্রভাব রয়েছে, যা কের অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অবাঞ্ছিত রমন আলো উৎপাদনের দিকে পরিচালিত করতে পারে এবং প্রতিযোগিতা অর্জন করতে পারে, যা এক্স-কাট লিথিয়াম নিওবেট অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্বগুলিকে সলিটন অবস্থায় পৌঁছাতে বাধা দেয়। LTOI-এর সাহায্যে, স্ফটিক ওরিয়েন্টেশন ডিজাইনের মাধ্যমে রমন প্রভাবকে দমন করা যেতে পারে, যার ফলে এক্স-কাট LTOI সলিটন অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব জেনারেশন অর্জন করতে পারে। এটি উচ্চ-গতির মডুলেটরগুলির সাথে সলিটন অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্বের একচেটিয়া সংহতকরণ সক্ষম করে, যা LNOI-এর সাহায্যে অর্জন করা সম্ভব নয়।
◆ কেন আগে থিন-ফিল্ম লিথিয়াম ট্যানটালেট (LTOI) উল্লেখ করা হয়নি?
লিথিয়াম ট্যানটালেটের কিউরি তাপমাত্রা লিথিয়াম নিওবেটের তুলনায় কম (৬১০°C বনাম ১১৫৭°C)। হেটেরোইন্টিগ্রেশন প্রযুক্তি (XOI) বিকাশের আগে, লিথিয়াম নিওবেট মডুলেটরগুলি টাইটানিয়াম ডিফিউশন ব্যবহার করে তৈরি করা হত, যার জন্য ১০০০°C এর বেশি তাপমাত্রায় অ্যানিলিং প্রয়োজন হত, যা LTOI কে অনুপযুক্ত করে তোলে। যাইহোক, আজকের মডুলেটর গঠনের জন্য ইনসুলেটর সাবস্ট্রেট এবং ওয়েভগাইড এচিং ব্যবহারের দিকে পরিবর্তনের সাথে সাথে, ৬১০°C কিউরি তাপমাত্রা যথেষ্ট।
◆ থিন-ফিল্ম লিথিয়াম ট্যানটালেট (LTOI) কি থিন-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট (TFLN) এর স্থলাভিষিক্ত হবে?
বর্তমান গবেষণার উপর ভিত্তি করে, LTOI প্যাসিভ পারফরম্যান্স, স্থিতিশীলতা এবং বৃহৎ আকারের উৎপাদন খরচের ক্ষেত্রে সুবিধা প্রদান করে, যার কোনও স্পষ্ট ত্রুটি নেই। তবে, LTOI মড্যুলেশন পারফরম্যান্সের ক্ষেত্রে লিথিয়াম নিওবেটকে ছাড়িয়ে যায় না এবং LNOI-এর স্থিতিশীলতার সমস্যাগুলির সমাধান জানা যায়। যোগাযোগ DR মডিউলগুলির জন্য, প্যাসিভ উপাদানগুলির চাহিদা ন্যূনতম (এবং প্রয়োজনে সিলিকন নাইট্রাইড ব্যবহার করা যেতে পারে)। অতিরিক্তভাবে, ওয়েফার-লেভেল এচিং প্রক্রিয়া, হেটেরোইন্টিগ্রেশন কৌশল এবং নির্ভরযোগ্যতা পরীক্ষার পুনঃপ্রতিষ্ঠার জন্য নতুন বিনিয়োগের প্রয়োজন (লিথিয়াম নিওবেট এচিংয়ের অসুবিধা ওয়েভগাইড নয় বরং উচ্চ-ফলনশীল ওয়েফার-লেভেল এচিং অর্জন ছিল)। অতএব, লিথিয়াম নিওবেটের প্রতিষ্ঠিত অবস্থানের সাথে প্রতিযোগিতা করার জন্য, LTOI-কে আরও সুবিধাগুলি উন্মোচন করতে হতে পারে। তবে, একাডেমিকভাবে, LTOI অক্টেভ-স্প্যানিং ইলেক্ট্রো-অপটিক কম্বস, PPLT, সলিটন এবং AWG তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিভাগ ডিভাইস এবং অ্যারে মডুলেটরের মতো সমন্বিত অন-চিপ সিস্টেমের জন্য উল্লেখযোগ্য গবেষণা সম্ভাবনা প্রদান করে।
পোস্টের সময়: নভেম্বর-০৮-২০২৪