Танилцуулга
Цахим нэгдсэн хэлхээний (EICs) амжилтаас урам зориг авсан фотоник интеграл хэлхээний салбар (PICs) нь 1969 онд үүсгэн байгуулагдсан цагаасаа хойш хөгжиж байна. Гэсэн хэдий ч EIC-ээс ялгаатай нь олон төрлийн фотоник хэрэглээг дэмжих боломжтой бүх нийтийн платформыг хөгжүүлэх нь томоохон сорилт хэвээр байна. Энэ нийтлэл нь шинэ үеийн PIC-ийн ирээдүйтэй шийдэл болсон Lithium Niobate on Insulator (LNOI) технологийг судлах болно.
LNOI технологийн өсөлт
Литиум ниобат (LN) нь фотоник хэрэглээний гол материал гэдгээрээ эртнээс хүлээн зөвшөөрөгдсөн. Гэсэн хэдий ч нимгэн хальсан LNOI болон үйлдвэрлэлийн дэвшилтэт техникүүд бий болсноор л түүний бүрэн боломж нээгдсэн. Судлаачид LNOI платформууд [1] дээр хэт бага алдагдалтай уулын долгионы хөтлүүр болон хэт өндөр Q микрорезонаторуудыг амжилттай үзүүлсэн нь нэгдсэн фотоникт мэдэгдэхүйц үсрэлтийг харуулж байна.
LNOI технологийн гол давуу талууд
- Хэт бага оптик алдагдал(0.01 дБ/см хүртэл бага)
- Өндөр чанартай нанофотоник бүтэц
- Төрөл бүрийн шугаман бус оптик процессуудыг дэмжих
- Нэгдсэн цахилгаан оптик (EO) тохируулах чадвар
LNOI дээрх шугаман бус оптик процессууд
LNOI платформ дээр бүтээгдсэн өндөр гүйцэтгэлтэй нанофотоник бүтэц нь гайхалтай үр ашиг, хамгийн бага насосны хүчээр шугаман бус оптик процессуудыг хэрэгжүүлэх боломжийг олгодог. Үзүүлсэн процессуудад дараахь зүйлс орно.
- Хоёр дахь гармоник үе (SHG)
- Давтамж үүсгэх нийлбэр (SFG)
- Давтамжийн зөрүү үүсгэх (DFG)
- Параметрийн доош хөрвүүлэлт (PDC)
- Дөрвөн долгионы холигч (FWM)
Эдгээр процессыг оновчтой болгохын тулд янз бүрийн үе шатыг тохируулах схемүүдийг хэрэгжүүлсэн бөгөөд LNOI-ийг маш уян хатан шугаман бус оптик платформ болгон бий болгосон.
Цахилгаан оптик тохируулгатай нэгдсэн төхөөрөмжүүд
LNOI технологи нь олон төрлийн идэвхтэй болон идэвхгүй тохируулгатай фотоник төхөөрөмжийг хөгжүүлэх боломжийг олгосон, тухайлбал:
- Өндөр хурдны оптик модуляторууд
- Дахин тохируулах боломжтой олон үйлдэлт PIC
- Тохируулах давтамжтай самнууд
- Микро-оптомеханик булаг
Эдгээр төхөөрөмжүүд нь гэрлийн дохиог нарийн, өндөр хурдтай хянахын тулд литийн ниобатын үндсэн EO шинж чанарыг ашигладаг.
LNOI Photonics-ийн практик хэрэглээ
LNOI-д суурилсан PIC-ийг одоо өсөн нэмэгдэж буй практик хэрэглээнд ашиглаж байна, үүнд:
- Бичил долгионы оптик хөрвүүлэгч
- Оптик мэдрэгч
- Чип дээрх спектрометр
- Оптик давтамжийн самнууд
- Харилцаа холбооны дэвшилтэт систем
Эдгээр програмууд нь LNOI-ийг бөөн оптик бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн гүйцэтгэлд нийцүүлэх боломжийг харуулж байгаа бөгөөд фотолитографийн үйлдвэрлэлээр дамжуулан өргөтгөх боломжтой, эрчим хүчний хэмнэлттэй шийдлүүдийг санал болгодог.
Одоогийн сорилтууд ба ирээдүйн чиг хандлага
Ирээдүйтэй ахиц дэвшлийг үл харгалзан LNOI технологи нь хэд хэдэн техникийн саад бэрхшээлтэй тулгардаг:
a) Оптик алдагдлыг цаашид бууруулах
Одоогийн долгионы хөтлүүрийн алдагдал (0.01 дБ/см) нь материалын шингээлтийн хязгаараас их хэмжээний дараалал хэвээр байна. Гадаргуугийн барзгар байдал, шингээлттэй холбоотой согогийг багасгахын тулд ион зүсэх техник, нанофабрикийн дэвшилтэд шаардлагатай.
б) Долгион хөтлүүрийн геометрийн хяналтыг сайжруулсан
700 нм-ээс доош долгионы хөтлүүр болон 2 мкм-ээс бага холболтын цоорхойг идэвхжүүлэх нь давтагдах чадварыг алдагдуулахгүйгээр эсвэл тархалтын алдагдлыг нэмэгдүүлэхгүйгээр интеграцийн нягтралыг нэмэгдүүлэхэд маш чухал юм.
в) Холболтын үр ашгийг дээшлүүлэх
Шовгор утас болон горим хувиргагч нь холболтын өндөр үр ашигтай байдлыг хангахад тусалдаг ч тусгалын эсрэг бүрээс нь агаар-материалын интерфэйсийн тусгалыг улам багасгаж чадна.
г) Алдагдал багатай туйлшралын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг боловсруулах
LNOI дээрх туйлшралд мэдрэмтгий бус фотоник төхөөрөмжүүд нь зайлшгүй шаардлагатай бөгөөд чөлөөт орон зайн туйлшруулагчийн гүйцэтгэлд тохирсон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг шаарддаг.
e) Хяналтын электроникийн нэгдмэл байдал
Оптик гүйцэтгэлийг алдагдуулахгүйгээр том хэмжээний хяналтын электроникийг үр дүнтэй нэгтгэх нь судалгааны гол чиглэл юм.
е) Дэвшилтэт үе шаттай тааруулах ба дисперсийн инженерчлэл
Дэд микрон нягтаршилтай домэйн загварчлал нь шугаман бус оптикийн хувьд маш чухал боловч LNOI платформ дээр төлөвшөөгүй технологи хэвээр байна.
g) Үйлдвэрлэлийн согогийн нөхөн төлбөр
Хүрээлэн буй орчны өөрчлөлт эсвэл үйлдвэрлэлийн зөрүүгээс үүссэн үе шатуудын шилжилтийг багасгах арга техник нь бодит ертөнцөд нэвтрүүлэхэд зайлшгүй шаардлагатай.
h) Үр ашигтай олон чиптэй холболт
Олон тооны LNOI чипүүдийн хоорондох үр ашигтай холболтыг шийдвэрлэх нь нэг вафферын интеграцийн хязгаараас хэтрэхийн тулд шаардлагатай.
Идэвхтэй ба идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн цул интеграцчлал
LNOI PIC-ийн гол сорилт бол дараахь идэвхтэй болон идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн өртөг багатай цул интеграцчлал юм.
- Лазер
- Илрүүлэгч
- Шугаман бус долгионы урт хувиргагчид
- Модуляторууд
- Мультиплексер/Демультиплексер
Одоогийн стратегиудад:
a) LNOI-ийн ион допинг:
Идэвхтэй ионуудыг тусгайлан тохируулсан хэсгүүдэд оруулах нь чип дээрх гэрлийн эх үүсвэрийг бий болгоход хүргэдэг.
б) Бонд ба нэг төрлийн бус интеграци:
Урьдчилан үйлдвэрлэсэн идэвхгүй LNOI PIC-ийг нэмэлт LNOI давхарга эсвэл III-V лазераар холбох нь өөр замыг бий болгодог.
в) Hybrid Active/Passive LNOI өргүүрийн үйлдвэрлэл:
Шинэлэг арга нь ион зүсэхээс өмнө нэмэлт болон нэмэлтгүй LN өрөмийг холбоход оршино, үүний үр дүнд идэвхтэй болон идэвхгүй бүстэй LNOI хавтанцар үүсдэг.
Зураг 1Энэ нь нэг литографийн процесс нь хоёр төрлийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг жигд тохируулах, нэгтгэх боломжийг олгодог холимог идэвхтэй/идэвхгүй PIC-ийн тухай ойлголтыг харуулж байна.
Фотодетекторуудыг нэгтгэх
Фотодетекторуудыг LNOI дээр суурилсан PIC-д нэгтгэх нь бүрэн ажиллагаатай систем рүү чиглэсэн бас нэг чухал алхам юм. Хоёр үндсэн аргыг судалж байна:
a) Гетероген интеграци:
Хагас дамжуулагч нано бүтцийг LNOI долгионы хөтлүүртэй түр зуур холбож болно. Гэсэн хэдий ч илрүүлэх үр ашиг, өргөтгөх чадварыг сайжруулах шаардлагатай хэвээр байна.
b) Шугаман бус долгионы уртын хувиргалт:
LN-ийн шугаман бус шинж чанарууд нь долгионы хөтлүүр дотор давтамжийг хувиргах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь долгионы уртаас үл хамааран стандарт цахиурын фотодетекторуудыг ашиглах боломжийг олгодог.
Дүгнэлт
LNOI технологийн хурдацтай дэвшил нь салбарыг өргөн хүрээний хэрэглээнд үйлчлэх боломжтой бүх нийтийн PIC платформд ойртуулж байна. Одоо байгаа сорилтуудыг шийдэж, цул болон детекторын интеграцчлалын шинэчлэлийг урагшлуулснаар LNOI-д суурилсан PIC нь харилцаа холбоо, квант мэдээлэл, мэдрэгч зэрэг салбарт хувьсгал хийх боломжтой юм.
LNOI нь EIC-ийн амжилт, үр нөлөөг харгалзан өргөтгөх боломжтой PIC-ийн урт хугацааны алсын харааг биелүүлэх амлалттай. Нанжингийн фотоник процессын платформ, Шиаояотехнологийн дизайны платформ зэрэг судалгаа, хөгжлийн тасралтгүй хүчин чармайлт нь нэгдсэн фотоникийн ирээдүйг тодорхойлох, технологийн салбарт шинэ боломжуудыг нээхэд чухал үүрэг гүйцэтгэнэ.
Шуудангийн цаг: 2025-07-18