Ifihan
Nípasẹ̀ àṣeyọrí àwọn ẹ̀rọ itanna tí a ti ṣe àtúnṣe sí, ẹ̀ka àwọn ẹ̀rọ photonic integrated circuits (PICs) ti ń yípadà láti ìgbà tí a ti dá a sílẹ̀ ní ọdún 1969. Ṣùgbọ́n, láìdàbí EICs, ìdàgbàsókè ìpele gbogbogbòò tí ó lè ṣe àtìlẹ́yìn fún onírúurú àwọn ohun èlò photonic ṣì jẹ́ ìpèníjà ńlá. Àpilẹ̀kọ yìí ṣàwárí ìmọ̀ ẹ̀rọ Lithium Niobate on Insulator (LNOI) tí ó ń yọjú, èyí tí ó ti di ojútùú rere fún àwọn PIC ìran tí ń bọ̀.
Ìdàgbàsókè ti Ìmọ̀-ẹ̀rọ LNOI
A ti mọ Lithium niobate (LN) gẹ́gẹ́ bí ohun èlò pàtàkì fún àwọn ohun èlò photonic. Síbẹ̀síbẹ̀, pẹ̀lú ìtẹ̀síwájú LNOI tín-tín àti àwọn ọ̀nà ìṣelọ́pọ́ tó ti ní ìlọsíwájú nìkan ni a ti ṣí agbára rẹ̀ sílẹ̀. Àwọn olùwádìí ti ṣàfihàn àwọn ìtọ́sọ́nà wave waveguides ultra-low-loss àti ultra-high-Q microresonators lórí àwọn ìpìlẹ̀ LNOI [1], èyí sì ṣe àmì ìlọsókè pàtàkì nínú àwọn photonics tí a ti ṣepọ.
Àwọn Àǹfààní Pàtàkì ti Ìmọ̀-ẹ̀rọ LNOI
- Pípàdánù opitika tó kéré gan-an(tó kéré tó 0.01 dB/cm)
- Awọn ẹya nanophotonic ti o ga julọ
- Atilẹyin fun awọn ilana opitika ti kii ṣe laini oriṣiriṣi
- Àtúnṣe ẹ̀rọ amúlétutù (EO) tí a ṣepọ
Awọn ilana Opitiki ti kii ṣe laini lori LNOI
Àwọn ìrísí nanophotonic tó ní agbára gíga tí a ṣe lórí ìpele LNOI mú kí a lè ṣe àwọn iṣẹ́ opitika tí kì í ṣe lílágbára pẹ̀lú iṣẹ́ tó dára gan-an àti agbára fifa omi tó kéré. Àwọn iṣẹ́ tí a fi hàn ni:
- Ìran Harmonic Kejì (SHG)
- Ìṣẹ̀dá Ìgbohùngbà Àpapọ̀ (SFG)
- Ìṣẹ̀dá Ìgbohùngbà Ìyàtọ̀ (DFG)
- Ìyípadà Ìsàlẹ̀ Parametric (PDC)
- Ìdàpọ̀ Ìgbì Mẹ́rin (FWM)
A ti ṣe agbekalẹ ọpọlọpọ awọn eto ibamu ipele lati mu awọn ilana wọnyi dara si, ni fifi idi LNOI mulẹ gẹgẹbi pẹpẹ opitika ti ko ni laini pupọ.
Àwọn Ẹ̀rọ Tí A Ṣẹ̀dá Tí A Lè Ṣàtúnṣe Nípa Ẹ̀rọ Agbára-Ìmọ́lẹ̀
Ìmọ̀ ẹ̀rọ LNOI tún ti jẹ́ kí a lè ṣe àgbékalẹ̀ onírúurú ẹ̀rọ photonic tó ń ṣiṣẹ́ dáadáa àti èyí tó lè yí padà, bíi:
- Awọn modulators opitika iyara giga
- Àwọn PIC oníṣẹ́-púpọ̀ tí a lè túnṣe
- Àwọn ìgbóná ìgbóná tí a lè ṣe àtúnṣe
- Awọn orisun omi Micro-optomechanical
Àwọn ẹ̀rọ wọ̀nyí lo àwọn ohun ìní EO pàtàkì ti lithium niobate láti ṣàṣeyọrí ìṣàkóso tó péye, iyara gíga ti àwọn àmì ìmọ́lẹ̀.
Àwọn Ohun Èlò Tó Wúlò fún LNOI Photonics
Àwọn PIC tí ó dá lórí LNOI ni a ń lò báyìí nínú iye àwọn ohun èlò tó wúlò, títí bí:
- Àwọn àyípadà opitika-sí-máíkrówéfù
- Àwọn sensọ̀ opitika
- Àwọn spectrometers lórí-chip
- Àwọn ìgbóná ìgbóná opitika
- Awọn eto ibaraẹnisọrọ to ti ni ilọsiwaju
Àwọn ohun èlò wọ̀nyí fi agbára LNOI hàn láti bá iṣẹ́ àwọn ohun èlò onípele-pupọ mu, nígbàtí wọ́n ń fúnni ní àwọn ọ̀nà tí ó lè wúlò, tí ó sì ń lo agbára láti ṣe iṣẹ́ photolithographic.
Awọn Ipenija Lọwọlọwọ ati Awọn Itọsọna Ọjọ iwaju
Láìka ìlọsíwájú tó ní sí rere sí, ìmọ̀ ẹ̀rọ LNOI dojúkọ ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìṣòro ìmọ̀ ẹ̀rọ:
a) Dín Pípàdánù Ojú Mọ́ Síwájú
Pípàdánù ìtọ́sọ́nà ìwave lọ́wọ́lọ́wọ́ (0.01 dB/cm) ṣì jẹ́ ìpele ìwọ̀n tí ó ga ju ààlà ìfàmọ́ra ohun èlò lọ. Àwọn ìlọsíwájú nínú àwọn ọ̀nà ìgé ion àti nanofabrication ni a nílò láti dín ìfọ́ ojú ilẹ̀ àti àwọn àbùkù tí ó ní í ṣe pẹ̀lú ìfàmọ́ra kù.
b) Iṣakoso Jiometirika Itọsọna Waveguide ti o dara si
Lílo àwọn ìtọ́sọ́nà ìwave sub-700 nm àti àwọn àlàfo ìsopọ̀ sub-2 μm láìsí ìyípadà tàbí kí ó mú kí àdánù ìdàgbàsókè pọ̀ sí i ṣe pàtàkì fún ìwọ́nsípọ̀ gíga.
c) Ṣíṣe àfikún sí ìsopọ̀pọ̀
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn okùn onípele àti àwọn olùyípadà mode ń ran lọ́wọ́ láti ní agbára ìsopọ̀ gíga, àwọn ìbòrí tí ó lòdì sí ìṣàfihàn lè dín àwọn ìṣàfihàn ojú-afẹ́fẹ́ kù síi.
d) Ìdàgbàsókè Àwọn Ẹ̀yà Ìpínyà Pílánẹ́ẹ̀tì
Àwọn ẹ̀rọ photonic tí kò ní ìfàmọ́ra lórí LNOI ṣe pàtàkì, wọ́n nílò àwọn èròjà tí ó bá iṣẹ́ àwọn polarizers tí kò ní ààyè mu.
e) Ìṣọ̀kan Àwọn Ẹ̀rọ Ìṣàkóso
Ṣíṣe àfikún àwọn ẹ̀rọ itanna onípele ńlá láìsí ìbàjẹ́ iṣẹ́ opitika jẹ́ ìtọ́sọ́nà pàtàkì fún ìwádìí.
f) Imọ-ẹrọ Ilọsiwaju Ibamu Ipele ati Pipinka
Ṣíṣe àgbékalẹ̀ agbègbè tí a lè gbẹ́kẹ̀lé ní ìpinnu sub-micron ṣe pàtàkì fún àwọn optics tí kì í ṣe linear ṣùgbọ́n ó ṣì jẹ́ ìmọ̀-ẹ̀rọ tí kò tíì dàgbàsókè lórí ìpìlẹ̀ LNOI.
g) Ìsanpada fún àwọn àbùkù iṣẹ́ ọnà
Àwọn ọ̀nà láti dín àwọn ìyípadà ìpele tí àwọn àyípadà àyíká tàbí ìyàtọ̀ iṣẹ́-ọnà ń fà kù ṣe pàtàkì fún ìgbékalẹ̀ gidi.
h) Ìsopọ̀pọ̀ Onírúurú Tó Dára Jùlọ
Dídarí ìbáṣepọ̀ tó munadoko láàrín ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ègé LNOI ṣe pàtàkì láti fẹ̀ ju àwọn ààlà ìṣọ̀kan oní-wafer lọ.
Ìṣọ̀kan Monolithic ti Awọn Ohun elo Ti Nṣiṣẹ ati Palolo
Ipenija pataki fun LNOI PICs ni isopọpọ monolithic ti o munadoko ti awọn paati ti nṣiṣe lọwọ ati awọn ti o wa ni pipasẹ gẹgẹbi:
- Àwọn lésà
- Àwọn ohun tí a ń ṣàwárí
- Àwọn olùyípadà ìgbìnlẹ̀ aláìláìlẹ́gbẹ́
- Àwọn olùṣàtúnṣe
- Àwọn Onírúurú/Àwọn Onírúurú Píp ...
Àwọn ọgbọ́n ìsinsìnyí ní nínú:
a) Ìwọ̀n LNOI tí a fi ń lo ion:
Lílo àwọn ion tó ń ṣiṣẹ́ ní àwọn agbègbè pàtó kan lè yọrí sí àwọn orísun ìmọ́lẹ̀ lórí ìṣàn.
b) Ìsopọ̀ àti Ìṣọ̀kan Onírúurú:
Sísopọ̀ mọ́ àwọn LNOI PICs tí a ti ṣe tẹ́lẹ̀ pẹ̀lú àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ LNOI tàbí àwọn lésà III-V ń fúnni ní ipa ọ̀nà mìíràn.
c) Ṣíṣe Wafer LNOI Active/Passive:
Ọ̀nà tuntun kan ni láti so àwọn wafer LN tí a ti fi doped àti unlocked dipọ̀ kí a tó gé ion, èyí tí yóò mú kí àwọn wafer LNOI wà pẹ̀lú àwọn agbègbè tí ń ṣiṣẹ́ àti àwọn agbègbè tí kò ṣeé gbé.
Àwòrán 1ṣe àfihàn èrò ti àwọn PIC aláfọwọ́pọ̀ tí a ti ṣe àkópọ̀/aláìlèṣe, níbi tí ìlànà lithographic kan ṣoṣo ti ń jẹ́ kí ìbáṣepọ̀ àti ìṣọ̀kan àwọn irú àwọn èròjà méjèèjì jẹ́ aláìlábùkù.
Ìsopọ̀ àwọn olùwádìí fọ́tò
Síso àwọn photodetectors pọ̀ mọ́ àwọn PIC tí ó dá lórí LNOI jẹ́ ìgbésẹ̀ pàtàkì mìíràn sí àwọn ètò tí ó ṣiṣẹ́ dáadáa. Ọ̀nà pàtàkì méjì ni a ń ṣe ìwádìí wọn:
a) Ìṣọ̀kan Onírúurú:
A le so awọn nanostructures semiconductor pọ mọ awọn itọsọna wave LNOI fun igba diẹ. Sibẹsibẹ, awọn ilọsiwaju ninu ṣiṣe idanimọ ati agbara scalability tun nilo.
b) Ìyípadà Líle-ìwọ̀n Ìgbì Afẹ́fẹ́ Tí Kò Ní Ìlà:
Àwọn ànímọ́ LN tí kì í ṣe línẹ́ẹ̀tì gba ààyè láti yí ìyípadà ìgbàkúgbà láàrín àwọn ìtọ́sọ́nà ìgbì omi, èyí tí ó ń jẹ́ kí a lo àwọn fọ́tònẹ́ẹ̀tì silikoni déédéé láìka ìgbì omi tí a ń lò sí.
Ìparí
Ìlọsíwájú kíákíá ti ìmọ̀ ẹ̀rọ LNOI mú kí ilé iṣẹ́ náà sún mọ́ pẹpẹ PIC gbogbogbòò tí ó lè ṣiṣẹ́ fún ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun èlò. Nípa ṣíṣe àtúnṣe sí àwọn ìpèníjà tó wà tẹ́lẹ̀ àti títẹ̀síwájú àwọn ìdàgbàsókè nínú ìṣọ̀kan monolithic àti detector, àwọn PIC tí ó dá lórí LNOI ní agbára láti yí àwọn pápá bíi ìbánisọ̀rọ̀, ìwífún nípa kuantum, àti ìmòye padà.
LNOI ní ìlérí láti mú ìran pípẹ́ ti àwọn PIC tí ó gbòòrò ṣẹ, tí ó bá àṣeyọrí àti ipa EIC mu. Àwọn ìsapá ìwádìí àti ìdàgbàsókè tí ń bá a lọ—bíi àwọn tí ó wá láti Nanjing Photonics Process Platform àti XiaoyaoTech Design Platform—yóò ṣe pàtàkì nínú ṣíṣe àtúnṣe ọjọ́ iwájú àwọn photonics tí a ti ṣepọ àti ṣíṣí àwọn àǹfààní tuntun sílẹ̀ káàkiri àwọn agbègbè ìmọ̀ ẹ̀rọ.
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù Keje-18-2025