ឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិកលីចូមនីអូបេតស្រទាប់ស្តើងរួមបញ្ចូលគ្នាខ្ពស់ជាងមុន

ភាពលីនេអ៊ែរខ្ពស់ឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិកនិងការអនុវត្តហ្វូតុងមីក្រូវ៉េវ
ជាមួយនឹងតម្រូវការកើនឡើងនៃប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនង ដើម្បីកែលម្អប្រសិទ្ធភាពបញ្ជូនសញ្ញាបន្ថែមទៀត មនុស្សនឹងបញ្ចូលហ្វូតុង និងអេឡិចត្រុងចូលគ្នា ដើម្បីសម្រេចបាននូវគុណសម្បត្តិបំពេញបន្ថែម ហើយហ្វូតុងមីក្រូវ៉េវនឹងកើតឡើង។ ឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិក គឺត្រូវការសម្រាប់ការបំប្លែងអគ្គិសនីទៅជាពន្លឺនៅក្នុងប្រព័ន្ធហ្វូតូនិកមីក្រូវ៉េវហើយជំហានសំខាន់នេះជាធម្មតាកំណត់ដំណើរការនៃប្រព័ន្ធទាំងមូល។ ដោយសារការបំលែងសញ្ញាប្រេកង់វិទ្យុទៅជាដែនអុបទិកគឺជាដំណើរការសញ្ញាអាណាឡូក ហើយធម្មតាឧបករណ៍​កែប្រែ​អេឡិចត្រូអុបទិកមានភាពមិនមែនលីនេអ៊ែរពីកំណើត មានការបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយសញ្ញាធ្ងន់ធ្ងរនៅក្នុងដំណើរការបំលែង។ ដើម្បីសម្រេចបាននូវការកែប្រែលីនេអ៊ែរប្រហាក់ប្រហែល ចំណុចប្រតិបត្តិការរបស់ឧបករណ៍កែប្រែជាធម្មតាត្រូវបានជួសជុលនៅចំណុចលំអៀងអ័រថូហ្គោណាល់ ប៉ុន្តែវានៅតែមិនអាចបំពេញតាមតម្រូវការនៃតំណភ្ជាប់ហ្វូតុងមីក្រូវ៉េវសម្រាប់ភាពលីនេអ៊ែររបស់ឧបករណ៍កែប្រែបាន។ ឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិកដែលមានភាពលីនេអ៊ែរខ្ពស់គឺត្រូវការជាបន្ទាន់។

ការកែប្រែសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរល្បឿនលឿននៃវត្ថុធាតុស៊ីលីកុនជាធម្មតាត្រូវបានសម្រេចដោយឥទ្ធិពលបំបែកប្លាស្មាដឹកជញ្ជូនសេរី (FCD)។ ទាំងឥទ្ធិពល FCD និងម៉ូឌុលប្រសព្វ PN គឺមិនលីនេអ៊ែរ ដែលធ្វើឱ្យម៉ូឌុលស៊ីលីកុនមានលីនេអ៊ែរតិចជាងម៉ូឌុលលីនេអ៊ែរលីចូមនីអូបេត។ វត្ថុធាតុលីចូមនីអូបេតបង្ហាញពីភាពល្អឥតខ្ចោះ។ការកែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិកលក្ខណៈសម្បត្តិដោយសារតែឥទ្ធិពល Pucker របស់វា។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ សម្ភារៈលីចូមនីអូបេតមានគុណសម្បត្តិនៃកម្រិតបញ្ជូនធំ លក្ខណៈម៉ូឌុលល្អ ការខាតបង់ទាប ការរួមបញ្ចូលងាយស្រួល និងភាពឆបគ្នាជាមួយដំណើរការពាក់កណ្តាលសៀគ្វី ការប្រើប្រាស់លីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើង ដើម្បីបង្កើតម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកដំណើរការខ្ពស់ បើប្រៀបធៀបជាមួយស៊ីលីកុន ស្ទើរតែគ្មាន "បន្ទះខ្លី" ប៉ុន្តែក៏ដើម្បីសម្រេចបាននូវភាពលីនេអ៊ែរខ្ពស់ផងដែរ។ ម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកលីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើង (LNOI) លើអ៊ីសូឡង់បានក្លាយជាទិសដៅអភិវឌ្ឍន៍ដ៏ជោគជ័យមួយ។ ជាមួយនឹងការអភិវឌ្ឍបច្ចេកវិទ្យារៀបចំសម្ភារៈលីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើង និងបច្ចេកវិទ្យាឆ្លាក់រលក ប្រសិទ្ធភាពបំលែងខ្ពស់ និងការរួមបញ្ចូលគ្នាខ្ពស់នៃម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកលីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើង បានក្លាយជាវិស័យនៃស្ថាប័នសិក្សា និងឧស្សាហកម្មអន្តរជាតិ។

លក្ខណៈនៃលីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើង
នៅសហរដ្ឋអាមេរិក ផែនការ DAP AR បានធ្វើការវាយតម្លៃដូចខាងក្រោមលើវត្ថុធាតុលីចូមនីអូបេត៖ ប្រសិនបើចំណុចកណ្តាលនៃបដិវត្តន៍អេឡិចត្រូនិចត្រូវបានដាក់ឈ្មោះតាមវត្ថុធាតុស៊ីលីកុនដែលធ្វើឱ្យវាអាចធ្វើទៅបាន នោះកន្លែងកំណើតនៃបដិវត្តន៍ហ្វូតូនិកទំនងជាត្រូវបានដាក់ឈ្មោះតាមលីចូមនីអូបេត។ នេះដោយសារតែលីចូមនីអូបេតរួមបញ្ចូលឥទ្ធិពលអេឡិចត្រូអុបទិក ឥទ្ធិពលសូរស័ព្ទអុបទិក ឥទ្ធិពលភីហ្សូអេឡិចត្រិច ឥទ្ធិពលទែរម៉ូអេឡិចត្រិច និងឥទ្ធិពលហ្វូតូរីហ្វ្រាស្ទីកក្នុងតែមួយ ដូចជាវត្ថុធាតុស៊ីលីកុននៅក្នុងវិស័យអុបទិកដែរ។

ទាក់ទងនឹងលក្ខណៈបញ្ជូនអុបទិក សម្ភារៈ InP មានការបាត់បង់ការបញ្ជូននៅលើបន្ទះឈីបធំបំផុត ដោយសារតែការស្រូបយកពន្លឺនៅក្នុងក្រុម 1550nm ដែលត្រូវបានគេប្រើជាទូទៅ។ SiO2 និងស៊ីលីកុននីទ្រីតមានលក្ខណៈបញ្ជូនល្អបំផុត ហើយការបាត់បង់អាចឈានដល់កម្រិត ~ 0.01dB/cm2; បច្ចុប្បន្ននេះ ការបាត់បង់រលកណែនាំនៃរលកណែនាំលីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើងអាចឈានដល់កម្រិត 0.03dB/cm2 ហើយការបាត់បង់រលកណែនាំលីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើងមានសក្តានុពលក្នុងការកាត់បន្ថយបន្ថែមទៀតជាមួយនឹងការកែលម្អជាបន្តបន្ទាប់នៃកម្រិតបច្ចេកវិទ្យានាពេលអនាគត។ ដូច្នេះ សម្ភារៈលីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើងនឹងបង្ហាញពីដំណើរការល្អសម្រាប់រចនាសម្ព័ន្ធពន្លឺអកម្មដូចជាផ្លូវរស្មីសំយោគ រំញ័រ និងមីក្រូរីង។

ទាក់ទងនឹងការបង្កើតពន្លឺ មានតែ InP ទេដែលមានសមត្ថភាពបញ្ចេញពន្លឺដោយផ្ទាល់។ ដូច្នេះ សម្រាប់ការអនុវត្តហ្វូតុងមីក្រូវ៉េវ ចាំបាច់ត្រូវណែនាំប្រភពពន្លឺដែលមានមូលដ្ឋានលើ InP លើបន្ទះឈីបរួមបញ្ចូលហ្វូតុងដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI តាមរយៈវិធីនៃការផ្សារត្រឡប់មកវិញ ឬការដុះលូតលាស់ epitaxial។ ទាក់ទងនឹងការកែប្រែពន្លឺ វាត្រូវបានសង្កត់ធ្ងន់ខាងលើថា សម្ភារៈលីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើងងាយស្រួលសម្រេចបាននូវកម្រិតបញ្ជូនម៉ូឌុលធំជាង វ៉ុលពាក់កណ្តាលរលកទាប និងការបាត់បង់ការបញ្ជូនទាបជាង InP និង Si។ លើសពីនេះ ភាពលីនេអ៊ែរខ្ពស់នៃការកែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិកនៃសម្ភារៈលីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើងគឺចាំបាច់សម្រាប់កម្មវិធីហ្វូតុងមីក្រូវ៉េវទាំងអស់។

ទាក់ទងនឹងការបញ្ជូនពន្លឺអុបទិក ការឆ្លើយតបអេឡិចត្រូអុបទិកល្បឿនលឿននៃសម្ភារៈលីចូមនីអូបេតស្តើងធ្វើឱ្យកុងតាក់អុបទិកដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI មានសមត្ថភាពប្តូរបញ្ជូនពន្លឺអុបទិកល្បឿនលឿន ហើយការប្រើប្រាស់ថាមពលនៃការប្តូរល្បឿនលឿនបែបនេះក៏ទាបខ្លាំងផងដែរ។ សម្រាប់ការអនុវត្តធម្មតានៃបច្ចេកវិទ្យាហ្វូតុងមីក្រូវ៉េវរួមបញ្ចូលគ្នា បន្ទះឈីប beamforming ដែលគ្រប់គ្រងដោយអុបទិកមានសមត្ថភាពប្តូរល្បឿនលឿនដើម្បីបំពេញតម្រូវការនៃការស្កេនធ្នឹមលឿន ហើយលក្ខណៈនៃការប្រើប្រាស់ថាមពលទាបបំផុតត្រូវបានសម្របខ្លួនយ៉ាងល្អទៅនឹងតម្រូវការតឹងរ៉ឹងនៃប្រព័ន្ធអារេដំណាក់កាលធំ។ ទោះបីជាកុងតាក់អុបទិកដែលមានមូលដ្ឋានលើ InP ក៏អាចសម្រេចបាននូវការប្តូរផ្លូវអុបទិកល្បឿនលឿនក៏ដោយ វានឹងបង្កើតសំឡេងរំខានច្រើន ជាពិសេសនៅពេលដែលកុងតាក់អុបទិកពហុកម្រិតត្រូវបានភ្ជាប់ជាជួរ មេគុណសំឡេងរំខាននឹងកាន់តែយ៉ាប់យ៉ឺនយ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរ។ សម្ភារៈស៊ីលីកុន SiO2 និងស៊ីលីកុននីទ្រីតអាចប្តូរផ្លូវអុបទិកបានតែតាមរយៈឥទ្ធិពលកម្ដៅអុបទិក ឬឥទ្ធិពលបំបែកនាវា ដែលមានគុណវិបត្តិនៃការប្រើប្រាស់ថាមពលខ្ពស់ និងល្បឿនប្តូរយឺត។ នៅពេលដែលទំហំអារេនៃអារេដំណាក់កាលមានទំហំធំ វាមិនអាចបំពេញតម្រូវការនៃការប្រើប្រាស់ថាមពលបានទេ។

ទាក់ទងនឹងការពង្រីកអុបទិក នោះគឺឧបករណ៍ពង្រីកអុបទិកពាក់កណ្តាលចរន្តអគ្គិសនី (សូអា) ដែលផ្អែកលើ InP មានភាពចាស់ទុំសម្រាប់ការប្រើប្រាស់ពាណិជ្ជកម្ម ប៉ុន្តែវាមានគុណវិបត្តិនៃមេគុណសំឡេងខ្ពស់ និងថាមពលទិន្នផលតិត្ថិភាពទាប ដែលមិនអំណោយផលដល់ការអនុវត្តហ្វូតុងមីក្រូវ៉េវ។ ដំណើរការពង្រីកប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃរលកមគ្គុទ្ទេសក៍លីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើងដោយផ្អែកលើការធ្វើឱ្យសកម្មតាមកាលកំណត់ និងការបញ្ច្រាស់អាចសម្រេចបាននូវសំឡេងទាប និងថាមពលខ្ពស់នៃការពង្រីកអុបទិកនៅលើបន្ទះឈីប ដែលអាចបំពេញតាមតម្រូវការនៃបច្ចេកវិទ្យាហ្វូតុងមីក្រូវ៉េវរួមបញ្ចូលគ្នាសម្រាប់ការពង្រីកអុបទិកនៅលើបន្ទះឈីប។

ទាក់ទងនឹងការរកឃើញពន្លឺ លីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើងមានលក្ខណៈបញ្ជូនល្អទៅពន្លឺក្នុងក្រុម 1550 nm។ មុខងារនៃការបំលែងពន្លឺមិនអាចសម្រេចបានទេ ដូច្នេះសម្រាប់កម្មវិធីហ្វូតុងមីក្រូវ៉េវ ដើម្បីបំពេញតម្រូវការនៃការបំលែងពន្លឺនៅលើបន្ទះឈីប។ អង្គភាពរកឃើញ InGaAs ឬ Ge-Si ត្រូវការណែនាំនៅលើបន្ទះឈីបរួមបញ្ចូលពន្លឺដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI ដោយការផ្សារត្រឡប់មកវិញ ឬការលូតលាស់ epitaxial។ ទាក់ទងនឹងការភ្ជាប់ជាមួយសរសៃអុបទិក ដោយសារតែសរសៃអុបទិកខ្លួនឯងគឺជាសម្ភារៈ SiO2 វាលម៉ូដនៃរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ SiO2 មានកម្រិតផ្គូផ្គងខ្ពស់បំផុតជាមួយនឹងវាលម៉ូដនៃសរសៃអុបទិក ហើយការភ្ជាប់គឺងាយស្រួលបំផុត។ អង្កត់ផ្ចិតវាលម៉ូដនៃរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ដែលមានកម្រិតខ្លាំងនៃលីចូមនីអូបេតខ្សែភាពយន្តស្តើងគឺប្រហែល 1μm ដែលខុសគ្នាទាំងស្រុងពីវាលម៉ូដនៃសរសៃអុបទិក ដូច្នេះការបំលែងចំណុចម៉ូដត្រឹមត្រូវត្រូវតែអនុវត្តដើម្បីផ្គូផ្គងវាលម៉ូដនៃសរសៃអុបទិក។

ទាក់ទងនឹងការធ្វើសមាហរណកម្ម ថាតើវត្ថុធាតុផ្សេងៗមានសក្តានុពលធ្វើសមាហរណកម្មខ្ពស់ឬអត់ អាស្រ័យជាចម្បងលើកាំពត់កោងនៃរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ (ដែលរងផលប៉ះពាល់ដោយការកំណត់នៃវាលរបៀបរលកមគ្គុទ្ទេសក៍)។ រលកមគ្គុទ្ទេសក៍ដែលមានកម្រិតខ្លាំងអនុញ្ញាតឱ្យមានកាំពត់តូចជាង ដែលអំណោយផលជាងដល់ការសម្រេចបាននូវការធ្វើសមាហរណកម្មខ្ពស់។ ដូច្នេះ រលកមគ្គុទ្ទេសក៍លីចូមនីអូបេតស្តើងមានសក្តានុពលក្នុងការសម្រេចបាននូវការធ្វើសមាហរណកម្មខ្ពស់។ ដូច្នេះ រូបរាងនៃលីចូមនីអូបេតស្តើងធ្វើឱ្យវាអាចធ្វើទៅបានសម្រាប់វត្ថុធាតុលីចូមនីអូបេតដើម្បីដើរតួនាទីជា "ស៊ីលីកុន" អុបទិក។ សម្រាប់ការអនុវត្តហ្វូតុងមីក្រូវ៉េវ គុណសម្បត្តិនៃលីចូមនីអូបេតស្តើងគឺជាក់ស្តែងជាង។