Танилцуулга
Электрон интеграл хэлхээний (EIC) амжилтаас санаа авсан фотоник интеграл хэлхээний (PIC) салбар нь 1969 онд байгуулагдсан цагаасаа хойш хөгжиж ирсэн. Гэсэн хэдий ч EIC-ээс ялгаатай нь олон төрлийн фотоник хэрэглээг дэмжих чадвартай бүх нийтийн платформ хөгжүүлэх нь томоохон сорилт хэвээр байна. Энэхүү нийтлэлд дараагийн үеийн PIC-ийн ирээдүйтэй шийдэл болж буй Литий Ниобат тусгаарлагч (LNOI) технологийг судална.
LNOI технологийн өсөлт
Литийн ниобат (LN) нь фотоник хэрэглээний гол материал гэж эртнээс хүлээн зөвшөөрөгдсөн. Гэсэн хэдий ч нимгэн хальсан LNOI болон дэвшилтэт үйлдвэрлэлийн техникүүд бий болсноор л түүний бүрэн боломж нээгдсэн. Судлаачид LNOI платформууд дээр хэт бага алдагдалтай нурууны долгион хөтлүүр болон хэт өндөр Q микрорезонаторуудыг амжилттай харуулсан [1] нь интеграцчилагдсан фотоникийн салбарт мэдэгдэхүйц үсрэлтийг тэмдэглэж байна.
LNOI технологийн гол давуу талууд
- Хэт бага оптик алдагдал(0.01 дБ/см хүртэл бага)
- Өндөр чанартай нанофотоник бүтэц
- Олон төрлийн шугаман бус оптик процессуудыг дэмжих
- Нэгдсэн электро-оптик (EO) тохируулга
LNOI дээрх шугаман бус оптик процессууд
LNOI платформ дээр үйлдвэрлэсэн өндөр хүчин чадалтай нанофотоник бүтэц нь гайхалтай үр ашигтай, хамгийн бага шахуургын хүчин чадалтай гол шугаман бус оптик процессуудыг хэрэгжүүлэх боломжийг олгодог. Үзүүлсэн процессуудад дараахь зүйлс орно.
- Хоёр дахь гармоник үе (SHG)
- Нийлмэл давтамжийн үүсэлт (SFG)
- Ялгааны давтамжийн үүсэлт (DFG)
- Параметрийн доош хөрвүүлэлт (PDC)
- Дөрвөн долгионы холилт (FWM)
Эдгээр процессуудыг оновчтой болгохын тулд янз бүрийн фазын тохируулгын схемүүдийг хэрэгжүүлсэн бөгөөд ингэснээр LNOI-г маш олон талын шугаман бус оптик платформ болгон бий болгосон.
Цахилгаан оптик тохируулгатай нэгдсэн төхөөрөмжүүд
LNOI технологи нь дараах зэрэг олон төрлийн идэвхтэй болон идэвхгүй тохируулгатай фотоник төхөөрөмжийг хөгжүүлэх боломжийг олгосон.
- Өндөр хурдны оптик модуляторууд
- Дахин тохируулах боломжтой олон үйлдэлт PIC-үүд
- Тохируулж болох давтамжийн сам
- Микро-оптомеханик пүрш
Эдгээр төхөөрөмжүүд нь литийн ниобатын дотоод EO шинж чанарыг ашиглан гэрлийн дохиог өндөр хурдтайгаар нарийн хянадаг.
LNOI фотоникийн практик хэрэглээ
LNOI дээр суурилсан PIC-үүдийг одоо дараах практик хэрэглээнд улам бүр ашиглаж байна:
- Богино долгионоос оптик хувиргагч
- Оптик мэдрэгчүүд
- Чип дээрх спектрометрүүд
- Оптик давтамжийн сам
- Дэвшилтэт харилцаа холбооны системүүд
Эдгээр хэрэглээ нь LNOI нь бөөнөөр нь оптик эд ангиудын гүйцэтгэлтэй нийцэх боломжийг харуулж байгаа бөгөөд фотолитографийн үйлдвэрлэлээр дамжуулан өргөтгөх боломжтой, эрчим хүчний хэмнэлттэй шийдлүүдийг санал болгож байна.
Одоогийн бэрхшээлүүд ба ирээдүйн чиглэлүүд
LNOI технологи нь ирээдүйтэй ахиц дэвшил гаргаж байгаа хэдий ч хэд хэдэн техникийн саад бэрхшээлтэй тулгарч байна:
a) Оптик алдагдлыг цаашид бууруулах
Гүйдлийн долгион хөтлөгчийн алдагдал (0.01 дБ/см2) нь материалын шингээлтийн хязгаараас хэд дахин өндөр хэвээр байна. Гадаргуугийн барзгаржилт болон шингээлттэй холбоотой согогийг багасгахын тулд ион зүсэх техник болон нано үйлдвэрлэлийн дэвшил шаардлагатай байна.
б) Долгион хөтлөгчийн геометрийн хяналтыг сайжруулсан
Давтагдах чадварыг алдагдуулахгүйгээр эсвэл тархалтын алдагдлыг нэмэгдүүлэхгүйгээр 700 нм-ээс бага долгион хөтлүүр болон 2 μм-ээс бага холболтын зайг идэвхжүүлэх нь интеграцийн нягтралыг нэмэгдүүлэхэд чухал үүрэгтэй.
в) Холболтын үр ашгийг дээшлүүлэх
Конус хэлбэрийн утас болон горим хувиргагч нь өндөр холболтын үр ашгийг бий болгоход тусалдаг бол тусгал эсрэг бүрхүүл нь агаар-материалын интерфэйсийн тусгалыг цаашид бууруулж чаддаг.
d) Бага алдагдалтай туйлшралын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг боловсруулах
LNOI дээрх туйлшралд мэдрэмтгий бус фотоник төхөөрөмжүүд нь зайлшгүй шаардлагатай бөгөөд чөлөөт орон зайн туйлшруулагчийн гүйцэтгэлтэй нийцсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг шаарддаг.
e) Хяналтын электроникийн интеграци
Оптик гүйцэтгэлийг доройтуулахгүйгээр том хэмжээний хяналтын электроникийг үр дүнтэй нэгтгэх нь судалгааны гол чиглэл юм.
f) Дэвшилтэт фазын тохируулга ба тархалтын инженерчлэл
Шугаман бус оптикийн хувьд микроноос доош нягтралтай найдвартай домэйн загварчлал нь чухал боловч LNOI платформ дээр хөгжөөгүй технологи хэвээр байна.
g) Үйлдвэрлэлийн согогийн нөхөн төлбөр
Байгаль орчны өөрчлөлт эсвэл үйлдвэрлэлийн хэлбэлзлээс үүдэлтэй фазын шилжилтийг бууруулах аргууд нь бодит ертөнцөд байршуулахад чухал ач холбогдолтой.
h) Үр ашигтай олон чиптэй холболт
Ганц ваферын интеграцийн хязгаараас давахын тулд олон LNOI чипүүдийн хоорондох үр ашигтай холболтыг шийдвэрлэх шаардлагатай.
Идэвхтэй ба идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн цул интеграци
LNOI PIC-ийн хувьд гол бэрхшээл бол дараахь идэвхтэй болон идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг өртөг хэмнэлттэй, нэгдмэл байдлаар нэгтгэх явдал юм.
- Лазерууд
- Илрүүлэгчид
- Шугаман бус долгионы уртын хөрвүүлэгч
- Модуляторууд
- Мультиплексорууд/Демультиплексорууд
Одоогийн стратегиуд дараахь зүйлийг агуулна.
a) LNOI-ийн ионы допинг:
Идэвхтэй ионуудыг тодорхойлсон бүсэд сонгомол хольц оруулах нь чип дээрх гэрлийн эх үүсвэрүүдэд хүргэж болзошгүй.
б) Холбоос ба олон янзын интеграцчлал:
Урьдчилан бэлтгэсэн идэвхгүй LNOI PIC-ийг LNOI давхарга эсвэл III-V лазераар холбосноор өөр арга зам бий болно.
в) Эрлийз Идэвхтэй/Идэвхгүй LNOI Вафлийн Үйлдвэрлэл:
Шинэлэг арга нь ионыг зүсэхээс өмнө допинг хийсэн болон допинг хийгдээгүй LN вафлигуудыг холбох явдал бөгөөд үүний үр дүнд идэвхтэй болон идэвхгүй бүстэй LNOI вафли үүсдэг.
Зураг 1нэг литографийн процесс нь хоёр төрлийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг жигд уялдуулж, нэгтгэх боломжийг олгодог эрлийз интеграцчилсан идэвхтэй/идэвхгүй PIC-ийн концепцийг харуулж байна.
Фотодетекторуудын интеграцчлал
Фотодетекторуудыг LNOI дээр суурилсан PIC-д нэгтгэх нь бүрэн ажиллагаатай систем рүү чиглэсэн бас нэгэн чухал алхам юм. Хоёр үндсэн аргыг судалж байна:
a) Олон янзын интеграцчилал:
Хагас дамжуулагч нано бүтцийг LNOI долгион хөтлүүртэй түр зуур холбож болно. Гэсэн хэдий ч илрүүлэлтийн үр ашиг болон өргөтгөх чадварыг сайжруулах шаардлагатай хэвээр байна.
б) Шугаман бус долгионы уртын хувиргалт:
LN-ийн шугаман бус шинж чанарууд нь долгион хөтлүүрийн дотор давтамжийг хувиргах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь ажиллах долгионы уртаас үл хамааран стандарт цахиурын фотодетекторуудыг ашиглах боломжийг олгодог.
Дүгнэлт
LNOI технологийн хурдацтай хөгжил нь салбарыг өргөн хүрээний хэрэглээнд үйлчлэх чадвартай бүх нийтийн PIC платформд ойртуулж байна. Одоо байгаа бэрхшээлүүдийг шийдвэрлэж, цул болон детектор интеграцийн инновацийг урагшлуулснаар LNOI дээр суурилсан PIC нь харилцаа холбоо, квант мэдээлэл, мэдрэгч зэрэг салбарт хувьсгал хийх боломжтой юм.
LNOI нь EIC-ийн амжилт, нөлөөллийг гүйцээж, өргөтгөх боломжтой PIC-ийн урт хугацааны алсын харааг биелүүлэх амлалттай. Нанжингийн Фотоникийн Процессийн Платформ болон СяояоТех Дизайн Платформ зэрэг судалгаа, хөгжүүлэлтийн тасралтгүй ажил нь нэгдсэн фотоникийн ирээдүйг бүрдүүлэх, технологийн салбаруудад шинэ боломжуудыг нээхэд чухал үүрэг гүйцэтгэнэ.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 7-р сарын 18