Ifaara
Atilẹyin nipasẹ aṣeyọri ti awọn iyika iṣọpọ eletiriki (EICs), aaye ti awọn iyika isọdọkan photonic (PICs) ti n dagba lati ibẹrẹ rẹ ni ọdun 1969. Sibẹsibẹ, ko dabi awọn EICs, idagbasoke ti ipilẹ ti gbogbo agbaye ti o lagbara lati ṣe atilẹyin awọn ohun elo photonic oriṣiriṣi jẹ ipenija nla kan. Nkan yii ṣawari Lithium Niobate ti n yọ jade lori imọ-ẹrọ Insulator (LNOI), eyiti o ti di ojutu ti o ni ileri fun awọn PIC ti nbọ.
Dide ti LNOI Technology
Lithium niobate (LN) ti jẹ mimọ fun igba pipẹ bi ohun elo bọtini fun awọn ohun elo photonic. Sibẹsibẹ, nikan pẹlu dide ti fiimu tinrin LNOI ati awọn ilana iṣelọpọ ilọsiwaju ti ni ṣiṣi agbara rẹ ni kikun. Awọn oniwadi ti ṣaṣeyọri ṣaṣeyọri awọn itọsọna igbi gigun-pipadanu olekenka-kekere ati awọn microresonators ultra-high-Q lori awọn iru ẹrọ LNOI [1], ti samisi fifo pataki kan ninu awọn fọto ti a ṣepọ.
Awọn anfani bọtini ti Imọ-ẹrọ LNOI
- Ultra-kekere opitika pipadanu(bi kekere bi 0.01 dB/cm)
- Awọn ẹya nanophotonic ti o ni agbara giga
- Atilẹyin fun Oniruuru awọn ilana opiti aiṣedeede
- Ese elekitiro-opitiki (EO) tunability
Awọn ilana Opitika Alailẹgbẹ lori LNOI
Awọn ẹya nanophotonic ti o ga julọ ti a ṣe lori pẹpẹ LNOI jẹ ki riri ti awọn ilana opiti aiṣedeede bọtini pẹlu ṣiṣe iyalẹnu ati agbara fifa pọọku. Awọn ilana ti a fihan pẹlu:
- Iran Harmonic Keji (SHG)
- Apapọ Igbohunsafẹfẹ Iran (SFG)
- Iyatọ Igbohunsafẹfẹ Iran (DFG)
- Parametric Isalẹ-Iyipada (PDC)
- Dapọ-Igbi Mẹrin (FWM)
Orisirisi awọn igbero ibaamu alakoso ni a ti ṣe imuse lati mu ki awọn ilana wọnyi dara si, ti iṣeto LNOI gẹgẹbi pẹpẹ opiti aiṣedeede ti o wapọ pupọ.
Awọn Ẹrọ Iṣagbepọ Atunse Electro-Optically Tunable
Imọ-ẹrọ LNOI tun ti jẹ ki idagbasoke lọpọlọpọ ti awọn ohun elo photonic ti nṣiṣe lọwọ ati palolo, gẹgẹbi:
- Ga-iyara opitika modulators
- Atunto multifunctional PICs
- Tunable igbohunsafẹfẹ combs
- Micro-optomechanical orisun
Awọn ẹrọ wọnyi lo awọn ohun-ini EO ojulowo ti lithium niobate lati ṣaṣeyọri kongẹ, iṣakoso iyara giga ti awọn ifihan agbara ina.
Awọn ohun elo to wulo ti LNOI Photonics
Awọn PIC ti o da lori LNOI ni a gba ni bayi ni nọmba ti ndagba ti awọn ohun elo iṣe, pẹlu:
- Makirowefu-to-opitika converters
- Awọn sensọ opitika
- On-chip spectrometers
- Awọn combs igbohunsafẹfẹ opitika
- To ti ni ilọsiwaju telikomunikasonu awọn ọna šiše
Awọn ohun elo wọnyi ṣe afihan agbara ti LNOI lati baamu iṣẹ ti awọn paati opiki olopobobo, lakoko ti o nfunni ni iwọn, awọn solusan agbara-agbara nipasẹ iṣelọpọ fọtolithographic.
Awọn italaya lọwọlọwọ ati Awọn itọsọna iwaju
Pelu ilọsiwaju ti o ni ileri, imọ-ẹrọ LNOI dojukọ ọpọlọpọ awọn idiwọ imọ-ẹrọ:
a) Siwaju Idinku Optical Loss
Pipadanu itọsọna igbi lọwọlọwọ (0.01 dB/cm) tun jẹ aṣẹ titobi ti o ga ju opin gbigba ohun elo lọ. Ilọsiwaju ninu awọn ilana ion-slicing ati nanofabrication ni a nilo lati dinku aibikita dada ati awọn abawọn ti o ni ibatan gbigba.
b) Imudara Waveguide Geometry Iṣakoso
Ṣiṣe awọn itọsọna igbi-ipin-700 nm ati awọn ela-ipin-2 μm idapọ laisi rubọ atunwi tabi pipadanu itankale jẹ pataki fun iwuwo isọpọ giga.
c) Imudara Imudara Isopọpọ
Lakoko ti awọn okun ti o tapered ati awọn oluyipada ipo ṣe iranlọwọ lati ṣaṣeyọri iṣiṣẹ pọpọ giga, awọn aṣọ atako-itumọ le dinku awọn ifojusọna wiwo ohun elo afẹfẹ siwaju.
d) Idagbasoke Awọn ohun elo Polarization-Kekere
Awọn ohun elo photonic ti ko ṣe pataki pola lori LNOI jẹ pataki, to nilo awọn paati ti o baamu iṣẹ ti awọn polarizers aaye ọfẹ.
e) Integration ti Iṣakoso Electronics
Ni imunadoko ni iṣakojọpọ ẹrọ itanna iṣakoso iwọn-nla laisi iṣiṣẹ opiti ibajẹ jẹ itọsọna iwadii bọtini kan.
f) Iṣatunṣe Alakoso Ilọsiwaju ati Imọ-ẹrọ pipinka
Apẹrẹ agbegbe ti o gbẹkẹle ni ipinnu ipin-micron jẹ pataki fun awọn opiti ti kii ṣe ori ayelujara ṣugbọn o jẹ imọ-ẹrọ ti ko dagba lori pẹpẹ LNOI.
g) Ẹsan fun Awọn abawọn Iṣelọpọ
Awọn ilana lati dinku awọn iṣipopada alakoso ti o ṣẹlẹ nipasẹ awọn iyipada ayika tabi awọn iyatọ iṣelọpọ jẹ pataki fun imuṣiṣẹ aye gidi.
h) Ṣiṣẹpọ Olona-Chip Isopọpọ
Ti n ba sọrọ sisopọ daradara laarin awọn eerun LNOI pupọ jẹ pataki lati ṣe iwọn ju awọn opin isọpọ-wafer ẹyọkan.
Ijọpọ Monolithic ti Awọn Irinṣẹ Nṣiṣẹ ati Palolo
Ipenija pataki kan fun awọn LNOI PICs ni isọpọ monolithic ti o munadoko-owo ti nṣiṣe lọwọ ati awọn paati palolo gẹgẹbi:
- Lesa
- Awọn aṣawari
- Awọn oluyipada igbi gigun ti kii ṣe laini
- Awọn oluyipada
- Multiplexers / Demultiplexers
Awọn ilana lọwọlọwọ pẹlu:
a) Ion Doping ti LNOI:
Yiyan doping ti awọn ions ti nṣiṣe lọwọ si awọn agbegbe ti a yan le ja si awọn orisun ina lori-chip.
b) Isopọmọra ati Iṣọkan Oniruuru:
Isopọmọ awọn LNOI PIC palolo ti a ṣe tẹlẹ pẹlu awọn fẹlẹfẹlẹ LNOI doped tabi awọn laser III-V pese ọna yiyan.
c) Arabara Ṣiṣẹ/Palolo LNOI Wafer Iṣẹ:
Ọna imotuntun kan pẹlu isunmọ doped ati awọn wafers LN ti ko ni ṣiṣi ṣaaju gige ion, ti o yọrisi awọn wafers LNOI pẹlu mejeeji ti nṣiṣe lọwọ ati awọn agbegbe palolo.
Olusin 1sapejuwe awọn Erongba ti arabara ese ti nṣiṣe lọwọ / palolo PICs, ibi ti a nikan lithographic ilana jeki iran titete ati Integration ti awọn mejeeji orisi ti irinše.
Integration ti Photodetectors
Ṣiṣepọ awọn olutọpa fọto sinu awọn PIC ti o da lori LNOI jẹ igbesẹ pataki miiran si awọn eto iṣẹ ṣiṣe ni kikun. Awọn ọna akọkọ meji wa labẹ iwadii:
a) Ijọpọ Oniruuru:
Awọn ẹya ara ẹrọ semikondokito le jẹ papọ ni igba diẹ si awọn itọsọna igbi LNOI. Sibẹsibẹ, awọn ilọsiwaju ni ṣiṣe wiwa ati iwọn ni a tun nilo.
b) Iyipada Igi gigun ti kii ṣe lainidi:
Awọn ohun-ini aiṣedeede LN ngbanilaaye iyipada igbohunsafẹfẹ laarin awọn itọsọna igbi, ngbanilaaye lilo awọn olutọpa ohun alumọni boṣewa laibikita igbi iṣiṣẹ.
Ipari
Ilọsiwaju iyara ti imọ-ẹrọ LNOI n mu ile-iṣẹ sunmọ si pẹpẹ PIC gbogbo agbaye ti o lagbara lati sin ọpọlọpọ awọn ohun elo lọpọlọpọ. Nipa sisọ awọn italaya ti o wa tẹlẹ ati titari awọn imotuntun siwaju ni monolithic ati iṣọpọ aṣawari, awọn PIC ti o da lori LNOI ni agbara lati yi awọn aaye bii awọn ibaraẹnisọrọ, alaye kuatomu, ati oye.
LNOI di ileri ti imuse iran-iduro pipẹ ti awọn PICs iwọn, ibaamu aṣeyọri ati ipa ti awọn EICs. Awọn igbiyanju R&D ti o tẹsiwaju-gẹgẹbi awọn ti Nanjing Photonics Platform Platform ati Platform Oniru XiaoyaoTech—yoo jẹ pataki ni sisọ ọjọ iwaju ti awọn fọto ti a ṣepọ ati ṣiṣi awọn aye tuntun kọja awọn aaye imọ-ẹrọ.
Akoko ifiweranṣẹ: Jul-18-2025