Introduction
Электрондук интегралдык микросхемалардын (EICs) ийгилигинен шыктанган фотоникалык интегралдык микросхемалар (PICs) чөйрөсү 1969-жылы түзүлгөндөн бери өнүгүп келе жатат. Бирок, EICден айырмаланып, ар түрдүү фотоникалык тиркемелерди колдоого жөндөмдүү универсалдуу платформаны иштеп чыгуу негизги көйгөй бойдон калууда. Бул макалада тез арада кийинки муундагы PIC үчүн келечектүү чечим болуп калган изолятордогу литий ниобаты (LNOI) технологиясы изилденет.
LNOI технологиясынын өсүшү
Литий ниобаты (LN) узак фотоникалык колдонмолор үчүн негизги материал катары таанылган. Бирок, жука пленкалуу LNOI жана алдыңкы өндүрүш ыкмаларынын пайда болушу менен гана анын толук мүмкүнчүлүктөрү ачылды. Окумуштуулар LNOI платформаларында [1] өтө аз жоготуулуу кырка толкун өткөргүчтөрүн жана ультра жогорку Q микрорезонаторлорун ийгиликтүү көрсөтүштү, бул интеграцияланган фотоникада олуттуу секирик жасады.
LNOI технологиясынын негизги артыкчылыктары
- Ультра төмөн оптикалык жоготуу(0,01 дБ/см аз)
- Жогорку сапаттагы нанофотоникалык структуралар
- Ар түрдүү сызыктуу эмес оптикалык процесстерди колдоо
- Интегралдык электр-оптикалык (EO) тууралоо
LNOI боюнча сызыктуу эмес оптикалык процесстер
LNOI платформасында өндүрүлгөн жогорку натыйжалуу нанофотоникалык структуралар көрүнүктүү эффективдүү жана минималдуу насостун күчү менен негизги сызыктуу эмес оптикалык процесстерди ишке ашырууга мүмкүндүк берет. Көрсөтүлгөн процесстерге төмөнкүлөр кирет:
- Экинчи гармоникалык муун (SHG)
- Жыштыктарды түзүү (SFG)
- Айырма жыштыктарды түзүү (DFG)
- Параметрдик төмөндөө конверсиясы (PDC)
- Төрт толкун аралаштыруу (FWM)
Бул процесстерди оптималдаштыруу үчүн ар кандай фазага дал келүүчү схемалар ишке ашырылып, LNOI өтө универсалдуу сызыктуу эмес оптикалык платформа катары түзүлдү.
Электро-оптикалык тууралоочу интегралдык түзүлүштөр
LNOI технологиясы ошондой эле активдүү жана пассивдүү тууралануучу фотоникалык түзүлүштөрдүн кеңири спектрин иштеп чыгууга мүмкүндүк берди, мисалы:
- Жогорку ылдамдыктагы оптикалык модуляторлор
- Кайра конфигурациялануучу көп функциялуу PIC
- Жөндөлүүчү жыштыктар
- Микро-оптомеханикалык булактар
Бул аппараттар жарык сигналдарын так, жогорку ылдамдыкта башкарууга жетишүү үчүн литий ниобаттын ички EO касиеттерин колдонушат.
LNOI Photonics практикалык колдонмолору
LNOI негизделген PIC азыр практикалык колдонмолордун саны өсүп жатат, анын ичинде:
- Микротолкун-оптикалык өзгөрткүчтөр
- Оптикалык сенсорлор
- Чиптеги спектрометрлер
- Оптикалык жыштык тарактары
- Өркүндөтүлгөн телекоммуникациялык системалар
Бул колдонмолор фотолитографиялык өндүрүш аркылуу масштабдуу, энергияны үнөмдөөчү чечимдерди сунуш кылуу менен бирге жапырт оптикалык компоненттердин иштешине дал келүү үчүн LNOI потенциалын көрсөтөт.
Азыркы чакырыктар жана келечектеги багыттар
Өзүнүн келечектүү прогрессине карабастан, LNOI технологиясы бир нече техникалык тоскоолдуктарга дуушар болот:
а) Оптикалык жоготууларды андан ары азайтуу
Толкун өткөргүчүнүн учурдагы жоготуусу (0,01 дБ/см) дагы эле материалды жутуу чегинен чоңураак. Иондорду кесүү жана нанофабрикация ыкмаларындагы жетишкендиктер беттин тегиздигин жана абсорбцияга байланыштуу кемчиликтерди азайтуу үчүн зарыл.
б) Жакшыртылган толкун жетектөөчү геометрияны башкаруу
700 нм толкун өткөргүчтөрүн жана суб-2 мкм туташтыргыч боштуктарды кайталануу мүмкүнчүлүгүн жоготпостон же жайылтуу жоготууларын жогорулатуу интеграциянын тыгыздыгы үчүн өтө маанилүү.
в) Туташтыруунун эффективдүүлүгүн жогорулатуу
Конустуу жипчелер жана режимди өзгөрткүчтөр бириктирүүнүн жогорку эффективдүүлүгүнө жетишүүгө жардам бергени менен, анти-чагылууга каршы жабуулар аба-материалдык интерфейстин чагылышын андан ары жумшартат.
г) Аз жоготуулуу поляризациялык компоненттерди иштеп чыгуу
LNOIдеги поляризацияны сезбеген фотоникалык түзүлүштөр бош мейкиндик поляризаторлордун иштешине дал келген компоненттерди талап кылган маанилүү.
д) Башкаруу электроникасын интеграциялоо
Натыйжалуу ири масштабдуу башкаруу электроника оптикалык натыйжалуулугун начарлатпай интеграциялоо негизги изилдөө багыты болуп саналат.
е) Өркүндөтүлгөн фазага дал келүү жана дисперсиялык инженерия
Субмикрондук резолюцияда ишенимдүү домен үлгүлөрү сызыктуу эмес оптика үчүн өтө маанилүү, бирок LNOI платформасында жетиле элек технология бойдон калууда.
ж) өндүрүштүн кемчиликтери үчүн компенсация
Курчап турган чөйрөнүн өзгөрүшүнөн же өндүрүштүк дисперсиялардан улам келип чыккан фазалык жылыштарды жумшартуу ыкмалары реалдуу дүйнөнү жайылтуу үчүн абдан маанилүү.
з) Натыйжалуу көп чиптүү бириктирүү
Бир нече LNOI микросхемаларынын ортосундагы эффективдүү туташуу маселесин чечүү бир пластинкалуу интеграциянын чегинен тышкары масштабда болушу керек.
Активдүү жана пассивдүү компоненттердин монолиттүү интеграциясы
LNOI PIC үчүн негизги маселе болуп активдүү жана пассивдүү компоненттердин үнөмдүү монолиттүү интеграциясы саналат, мисалы:
- Лазерлер
- Детекторлор
- Сызыктуу эмес толкун узундугун өзгөрткүчтөр
- Модуляторлор
- Мультиплексорлор/Демультиплексорлор
Учурдагы стратегиялар төмөнкүлөрдү камтыйт:
а) LNOI иондук допинги:
Белгиленген аймактарга активдүү иондордун тандалма допингдери чиптеги жарык булактарына алып келиши мүмкүн.
б) Байланыш жана Гетерогендүү Интеграция:
Алдын ала даярдалган пассивдүү LNOI PICтерин легирленген LNOI катмарлары же III-V лазерлери менен бириктирүү альтернативалуу жолду камсыз кылат.
в) Гибриддик активдүү/пассивдүү LNOI пластинкасы:
Инновациялык ыкма ион кесүү алдында кошулган жана кошулбаган LN пластинкаларын бириктирүүнү камтыйт, натыйжада LNOI пластинкалары активдүү жана пассивдүү аймактарга ээ болот.
1-сүрөтгибриддик интеграцияланган активдүү/пассивдүү PIC концепциясын сүрөттөйт, мында бир литографиялык процесс эки типтеги компоненттерди теңсиздикке келтирүүгө жана интеграциялоого мүмкүндүк берет.
Фотодетекторлордун интеграциясы
LNOI негизиндеги PICтерге фотодетекторлорду интеграциялоо толук функционалдык системаларга карай дагы бир маанилүү кадам болуп саналат. Эки негизги ыкма иликтенип жатат:
а) Гетерогендүү интеграция:
Жарым өткөргүч наноструктуралар LNOI толкун өткөргүчтөрүнө убактылуу кошулушу мүмкүн. Бирок, аныктоонун натыйжалуулугун жана масштабдуулугун жакшыртуу дагы деле талап кылынат.
б) Сызыктуу эмес толкун узундугун өзгөртүү:
LNнин сызыктуу эмес касиеттери толкун өткөргүчтөрдүн ичинде жыштыктарды өзгөртүүгө мүмкүндүк берет, бул жумушчу толкун узундугуна карабастан стандарттуу кремний фотодетекторлорун колдонууга мүмкүндүк берет.
Корутунду
LNOI технологиясынын тез өнүгүшү өнөр жайды кеңири спектрдеги колдонмолорду тейлөөгө жөндөмдүү универсалдуу PIC платформасына жакындатат. Учурдагы көйгөйлөрдү чечүү жана монолиттик жана детектордук интеграциядагы инновацияларды алдыга жылдыруу менен, LNOI негизиндеги PICтер телекоммуникация, кванттык маалымат жана сезүү сыяктуу тармактарда төңкөрүш жасоо мүмкүнчүлүгүнө ээ.
LNOI EICs ийгилигине жана таасирине дал келген масштабдуу PICs боюнча көптөн бери келе жаткан көрүнүштү аткарууга убада берет. Нанкин Photonics Process Platform жана XiaoyaoTech Дизайн Платформасы сыяктуу үзгүлтүксүз R&D аракеттери интеграцияланган фотониканын келечегин калыптандырууда жана технологиялык домендердин жаңы мүмкүнчүлүктөрүн ачууда чечүүчү мааниге ээ болот.
Посттун убактысы: 18-июль-2025