លីចូម តានតាឡាត (LTOI) ល្បឿនលឿនឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិក
ចរាចរណ៍ទិន្នន័យសកលនៅតែបន្តកើនឡើង ដែលជំរុញដោយការអនុម័តយ៉ាងទូលំទូលាយនៃបច្ចេកវិទ្យាថ្មីៗដូចជា 5G និងបញ្ញាសិប្បនិម្មិត (AI) ដែលបង្កបញ្ហាប្រឈមយ៉ាងសំខាន់សម្រាប់ឧបករណ៍បញ្ជូននៅគ្រប់កម្រិតនៃបណ្តាញអុបទិក។ ជាពិសេស បច្ចេកវិទ្យាម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកជំនាន់ក្រោយតម្រូវឱ្យមានការកើនឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃអត្រាផ្ទេរទិន្នន័យដល់ 200 Gbps ក្នុងឆានែលតែមួយ ខណៈពេលដែលកាត់បន្ថយការប្រើប្រាស់ថាមពល និងថ្លៃដើម។ ក្នុងរយៈពេលប៉ុន្មានឆ្នាំចុងក្រោយនេះ បច្ចេកវិទ្យាស៊ីលីកុនហ្វូតូនិកត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងទីផ្សារឧបករណ៍បញ្ជូនអុបទិក ដែលភាគច្រើនដោយសារតែការពិតដែលថា ស៊ីលីកុនហ្វូតូនិកអាចត្រូវបានផលិតជាទ្រង់ទ្រាយធំដោយប្រើដំណើរការ CMOS ចាស់ទុំ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិក SOI ដែលពឹងផ្អែកលើការបំបែកឧបករណ៍ផ្ទុកប្រឈមមុខនឹងបញ្ហាប្រឈមយ៉ាងខ្លាំងនៅក្នុងកម្រិតបញ្ជូន ការប្រើប្រាស់ថាមពល ការស្រូបយកឧបករណ៍ផ្ទុកដោយសេរី និងភាពមិនលីនេអ៊ែរនៃម៉ូឌុល។ ផ្លូវបច្ចេកវិទ្យាផ្សេងទៀតនៅក្នុងឧស្សាហកម្មរួមមាន InP លីចូមហ្វីលស្តើង LNOI ប៉ូលីមែរអេឡិចត្រូអុបទិក និងដំណោះស្រាយសមាហរណកម្មចម្រុះពហុវេទិកាផ្សេងទៀត។ LNOI ត្រូវបានចាត់ទុកថាជាដំណោះស្រាយដែលអាចសម្រេចបាននូវដំណើរការល្អបំផុតក្នុងការម៉ូឌុលល្បឿនលឿនបំផុត និងថាមពលទាប ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បច្ចុប្បន្នវាមានបញ្ហាប្រឈមមួយចំនួនទាក់ទងនឹងដំណើរការផលិតទ្រង់ទ្រាយធំ និងថ្លៃដើម។ ថ្មីៗនេះ ក្រុមការងារបានដាក់ឱ្យដំណើរការវេទិកាហ្វូតូនិករួមបញ្ចូលគ្នានូវលីចូម tantalate (LTOI) ដែលជាខ្សែភាពយន្តស្តើងមួយដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិហ្វូតូអគ្គិសនីដ៏ល្អឥតខ្ចោះ និងការផលិតទ្រង់ទ្រាយធំ ដែលត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងផ្គូផ្គង ឬលើសពីដំណើរការរបស់វេទិកាអុបទិកលីចូម niobate និងស៊ីលីកុននៅក្នុងកម្មវិធីជាច្រើន។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រហូតមកដល់ពេលនេះ ឧបករណ៍ស្នូលរបស់ការទំនាក់ទំនងអុបទិកដែលជាឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិកល្បឿនលឿនបំផុត មិនទាន់ត្រូវបានផ្ទៀងផ្ទាត់នៅក្នុង LTOI នៅឡើយទេ។
នៅក្នុងការសិក្សានេះ អ្នកស្រាវជ្រាវបានរចនាឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិក LTOI ដំបូង ដែលរចនាសម្ព័ន្ធរបស់វាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1។ តាមរយៈការរចនារចនាសម្ព័ន្ធនៃស្រទាប់លីចូមតាឡាតនីមួយៗនៅលើអ៊ីសូឡង់ និងប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃអេឡិចត្រូតមីក្រូវ៉េវ ការផ្គូផ្គងល្បឿនសាយភាយនៃមីក្រូវ៉េវ និងរលកពន្លឺនៅក្នុងឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិកត្រូវបានសម្រេច។ ទាក់ទងនឹងការកាត់បន្ថយការខាតបង់អេឡិចត្រូតមីក្រូវ៉េវ អ្នកស្រាវជ្រាវនៅក្នុងការងារនេះជាលើកដំបូងបានស្នើឱ្យប្រើប្រាស់ប្រាក់ជាសម្ភារៈអេឡិចត្រូតដែលមានចរន្តអគ្គិសនីល្អជាង ហើយអេឡិចត្រូតប្រាក់ត្រូវបានបង្ហាញថាកាត់បន្ថយការខាតបង់មីក្រូវ៉េវដល់ 82% បើប្រៀបធៀបទៅនឹងអេឡិចត្រូតមាសដែលប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយ។
រូបភាពទី 1 រចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិក LTOI ការរចនាផ្គូផ្គងដំណាក់កាល ការធ្វើតេស្តបាត់បង់អេឡិចត្រូតមីក្រូវ៉េវ។
រូបភាពទី 2 បង្ហាញពីឧបករណ៍ពិសោធន៍ និងលទ្ធផលនៃឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិក LTOI សម្រាប់អាំងតង់ស៊ីតេដែលបានកែប្រែការរកឃើញដោយផ្ទាល់ (IMDD) នៅក្នុងប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងអុបទិក។ ការពិសោធន៍បង្ហាញថា ឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិក LTOI អាចបញ្ជូនសញ្ញា PAM8 ក្នុងអត្រាសញ្ញា 176 GBd ជាមួយនឹង BER ដែលវាស់បាន 3.8×10⁻² ក្រោមកម្រិត SD-FEC 25%។ សម្រាប់ទាំង PAM4 200 GBd និង PAM2 208 GBd BER គឺទាបជាងកម្រិត SD-FEC 15% និង HD-FEC 7% យ៉ាងខ្លាំង។ លទ្ធផលនៃការធ្វើតេស្តភ្នែក និងអ៊ីស្តូក្រាមក្នុងរូបភាពទី 3 បង្ហាញដោយមើលឃើញថា ឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិក LTOI អាចត្រូវបានប្រើនៅក្នុងប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងល្បឿនលឿនជាមួយនឹងភាពលីនេអ៊ែរខ្ពស់ និងអត្រាកំហុសប៊ីតទាប។
រូបភាពទី 2 ការពិសោធន៍ដោយប្រើឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិក LTOI សម្រាប់អាំងតង់ស៊ីតេត្រូវបានកែប្រែការរកឃើញដោយផ្ទាល់ (IMDD) នៅក្នុងប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងអុបទិក (ក) ឧបករណ៍ពិសោធន៍; (ខ) អត្រាកំហុសប៊ីតដែលវាស់បាន (BER) នៃសញ្ញា PAM8 (ក្រហម), PAM4 (បៃតង) និង PAM2 (ខៀវ) ជាមុខងារនៃអត្រាសញ្ញា; (គ) អត្រាព័ត៌មានដែលអាចប្រើបានដែលបានស្រង់ចេញ (AIR, បន្ទាត់ចំនុចៗ) និងអត្រាទិន្នន័យសុទ្ធដែលពាក់ព័ន្ធ (NDR, បន្ទាត់រឹង) សម្រាប់ការវាស់វែងដែលមានតម្លៃអត្រាកំហុសប៊ីតក្រោមដែនកំណត់ SD-FEC 25%; (ឃ) ផែនទីភ្នែក និងអ៊ីស្តូក្រាមស្ថិតិក្រោមការកែប្រែ PAM2, PAM4, PAM8។
ការងារនេះបង្ហាញពីឧបករណ៍កែប្រែអេឡិចត្រូអុបទិក LTOI ល្បឿនលឿនដំបូងគេបង្អស់ ដែលមានកម្រិតបញ្ជូន 3 dB 110 GHz។ នៅក្នុងការពិសោធន៍បញ្ជូន IMDD ដោយផ្ទាល់នៃការរកឃើញម៉ូឌុលអាំងតង់ស៊ីតេ ឧបករណ៍នេះសម្រេចបានអត្រាទិន្នន័យសុទ្ធរបស់ក្រុមហ៊ុនតែមួយ 405 Gbit/s ដែលអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងដំណើរការល្អបំផុតនៃវេទិកាអេឡិចត្រូអុបទិកដែលមានស្រាប់ដូចជា LNOI និងឧបករណ៍កែប្រែប្លាស្មា។ នៅពេលអនាគត ការប្រើប្រាស់ស្មុគស្មាញជាងនេះឧបករណ៍កែប្រែ IQការរចនា ឬបច្ចេកទេសកែកំហុសសញ្ញាកម្រិតខ្ពស់ជាងនេះ ឬដោយប្រើស្រទាប់ខាងក្រោមបាត់បង់មីក្រូវ៉េវទាបជាងដូចជាស្រទាប់ខាងក្រោមរ៉ែថ្មខៀវ ឧបករណ៍លីចូម tantalate ត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងសម្រេចបានអត្រាទំនាក់ទំនង 2 Tbit/s ឬខ្ពស់ជាងនេះ។ រួមផ្សំជាមួយនឹងគុណសម្បត្តិជាក់លាក់របស់ LTOI ដូចជា birefringence ទាបជាង និងឥទ្ធិពលមាត្រដ្ឋានដោយសារតែការអនុវត្តយ៉ាងទូលំទូលាយរបស់វានៅក្នុងទីផ្សារតម្រង RF ផ្សេងទៀត បច្ចេកវិទ្យាហ្វូតូនិកលីចូម tantalate នឹងផ្តល់នូវដំណោះស្រាយដែលមានតម្លៃទាប ថាមពលទាប និងល្បឿនលឿនបំផុតសម្រាប់បណ្តាញទំនាក់ទំនងអុបទិកល្បឿនលឿនជំនាន់ក្រោយ និងប្រព័ន្ធហ្វូតូនិកមីក្រូវ៉េវ។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ១១ ខែធ្នូ ឆ្នាំ ២០២៤