Киришүү
Электрондук интегралдык микросхемалардын (ЭИК) ийгилигинен шыктанган фотондук интегралдык микросхемалар (ФИК) тармагы 1969-жылы түзүлгөндөн бери өнүгүп келе жатат. Бирок, ЭИКтерден айырмаланып, ар кандай фотондук колдонмолорду колдоого жөндөмдүү универсалдуу платформаны иштеп чыгуу чоң көйгөй бойдон калууда. Бул макалада кийинки муундагы ПИКтер үчүн тез арада келечектүү чечимге айланган литий ниобаты изоляторундагы (ЛНИОБ) жаңы технология каралат.
LNOI технологиясынын өнүгүшү
Литий ниобаты (ЛН) фотондук колдонмолор үчүн негизги материал катары көптөн бери таанылып келген. Бирок, жука пленкалуу ЛНОИнин жана өнүккөн өндүрүш ыкмаларынын пайда болушу менен гана анын толук потенциалы ачыла баштады. Изилдөөчүлөр ЛНОИ платформаларында өтө аз жоготуулуу кыр толкун өткөргүчтөрүн жана өтө жогорку Q микрорезонаторлорун ийгиликтүү көрсөтүштү [1], бул интеграцияланган фотоникадагы олуттуу секирикти белгиледи.
LNOI технологиясынын негизги артыкчылыктары
- Өтө төмөн оптикалык жоготуу(0,01 дБ/см3 чейин)
- Жогорку сапаттагы нанофотоникалык түзүлүштөр
- Ар кандай сызыктуу эмес оптикалык процесстерди колдоо
- Интеграцияланган электро-оптикалык (EO) жөнгө салуу мүмкүнчүлүгү
LNOIдеги сызыктуу эмес оптикалык процесстер
LNOI платформасында жасалган жогорку өндүрүмдүү нанофотоникалык структуралар негизги сызыктуу эмес оптикалык процесстерди укмуштуудай натыйжалуулук жана минималдуу насостук кубаттуулук менен ишке ашырууга мүмкүндүк берет. Көрсөтүлгөн процесстерге төмөнкүлөр кирет:
- Экинчи гармоникалык муун (SHG)
- Сумма жыштыгын түзүү (SFG)
- Айырмачылык жыштыгын түзүү (DFG)
- Параметрдик төмөндөө конверсиясы (PDC)
- Төрт толкундуу аралаштыруу (FWM)
Бул процесстерди оптималдаштыруу үчүн ар кандай фазаларды дал келтирүү схемалары ишке ашырылып, LNOIди өтө ар тараптуу сызыктуу эмес оптикалык платформа катары түзүлдү.
Электроптикалык жактан жөнгө салынуучу интеграцияланган түзүлүштөр
LNOI технологиясы ошондой эле активдүү жана пассивдүү жөнгө салынуучу фотондук түзүлүштөрдүн кеңири түрүн иштеп чыгууга мүмкүндүк берди, мисалы:
- Жогорку ылдамдыктагы оптикалык модуляторлор
- Кайра конфигурациялануучу көп функциялуу PICтер
- Жөнгө салынуучу жыштык уялары
- Микро-оптомеханикалык пружиналарды
Бул түзмөктөр жарык сигналдарын так, жогорку ылдамдыкта башкарууга жетүү үчүн литий ниобатынын ички EO касиеттерин колдонушат.
LNOI фотоникасынын практикалык колдонулушу
LNOIге негизделген PICтер азыр практикалык колдонмолордун саны өсүп жаткандыктан, анын ичинде төмөнкүлөрдө колдонулууда:
- Микротолкундуу-оптикалык конвертерлер
- Оптикалык сенсорлор
- Чиптеги спектрометрлер
- Оптикалык жыштыктагы тарактар
- Өркүндөтүлгөн телекоммуникация системалары
Бул колдонмолор LNOIдин фотолитографиялык өндүрүш аркылуу масштабдуу, энергияны үнөмдөөчү чечимдерди сунуштап, ошол эле учурда көлөмдүү оптикалык компоненттердин иштешине дал келүү мүмкүнчүлүгүн көрсөтөт.
Учурдагы кыйынчылыктар жана келечектеги багыттар
Келечектүү прогресске карабастан, LNOI технологиясы бир катар техникалык тоскоолдуктарга туш болууда:
а) Оптикалык жоготууну андан ары азайтуу
Токтун толкун өткөргүчүнүн жоготуусу (0,01 дБ/см2) дагы эле материалдын сиңүү чегинен бир топ жогору. Беттин оройлугун жана сиңүү менен байланышкан кемчиликтерди азайтуу үчүн иондук кесүү ыкмаларын жана наноөндүрүштү өнүктүрүү зарыл.
б) Толкун өткөргүчтүн геометриясын башкарууну жакшыртуу
700 нмден төмөн толкун өткөргүчтөрдү жана 2 мкмден төмөн байланыш боштуктарын кайталануучулугун жоготпостон же таралуу жоготуусун көбөйтпөстөн иштетүү жогорку интеграция тыгыздыгы үчүн абдан маанилүү.
в) Муфталардын натыйжалуулугун жогорулатуу
Конус формасындагы булалар жана режим өзгөрткүчтөрү жогорку байланыш натыйжалуулугуна жетүүгө жардам берсе, чагылдырууга каршы каптоолор аба-материалдык интерфейстин чагылдырылышын андан ары азайта алат.
г) Аз жоготуулуу поляризация компоненттерин иштеп чыгуу
LNOIдеги поляризацияга сезгич эмес фотондук түзүлүштөр өтө маанилүү, анткени алар эркин мейкиндиктеги поляризаторлордун иштешине дал келген компоненттерди талап кылат.
д) Башкаруу электроникасын интеграциялоо
Оптикалык көрсөткүчтөрдү начарлатпастан, ири масштабдуу башкаруу электроникасын натыйжалуу интеграциялоо изилдөөнүн негизги багыты болуп саналат.
е) Өркүндөтүлгөн фазаларды дал келтирүү жана дисперсия инженериясы
Субмикрондук чечилиште ишенимдүү домендик үлгү түзүү сызыктуу эмес оптика үчүн абдан маанилүү, бирок LNOI платформасында али өнүкпөгөн технология бойдон калууда.
g) Өндүрүш кемчиликтери үчүн компенсация
Айлана-чөйрөнүн өзгөрүшүнөн же өндүрүштүн айырмачылыктарынан улам пайда болгон фазалык жылыштарды азайтуу ыкмалары реалдуу дүйнөдө жайылтуу үчүн абдан маанилүү.
h) Натыйжалуу көп чиптүү муфта
Бир пластиналуу интеграциянын чегинен тышкары масштабдоо үчүн бир нече LNOI чиптеринин ортосундагы натыйжалуу байланышты чечүү зарыл.
Активдүү жана пассивдүү компоненттердин монолиттик интеграциясы
LNOI PICтери үчүн негизги кыйынчылык - бул төмөнкүлөр сыяктуу активдүү жана пассивдүү компоненттерди үнөмдүү жана монолиттүү интеграциялоо:
- Лазерлер
- Детекторлор
- Сызыктуу эмес толкун узундуктагы конвертерлер
- Модуляторлор
- Мультиплексорлор/Демультиплексорлор
Учурдагы стратегияларга төмөнкүлөр кирет:
а) LNOI иондук легирлөөсү:
Белгиленген аймактарга активдүү иондорду тандалма легирлөө чиптеги жарык булактарына алып келиши мүмкүн.
б) Байланыш жана гетерогендик интеграция:
Алдын ала даярдалган пассивдүү LNOI PICтерин легирленген LNOI катмарлары же III-V лазерлери менен байланыштыруу альтернативдүү жолду камсыз кылат.
в) Гибриддик активдүү/пассивдүү LNOI пластинасын жасоо:
Инновациялык ыкма иондук кесүүдөн мурун легирленген жана легирленбеген LN пластиналарын байланыштырууну камтыйт, натыйжада активдүү жана пассивдүү аймактары бар LNOI пластиналары пайда болот.
1-сүрөтгибриддик интеграцияланган активдүү/пассивдүү PIC концепциясын көрсөтөт, мында бир литографиялык процесс эки типтеги компоненттерди тең бирдей тегиздөөгө жана интеграциялоого мүмкүндүк берет.
Фотодетекторлорду интеграциялоо
Фотодетекторлорду LNOI негизиндеги PICтерге интеграциялоо толук кандуу иштөөчү системаларга карай дагы бир маанилүү кадам болуп саналат. Эки негизги ыкма изилденип жатат:
а) Гетерогендик интеграция:
Жарым өткөргүч наноструктураларды убактылуу түрдө LNOI толкун өткөргүчтөрүнө туташтырууга болот. Бирок, аныктоонун натыйжалуулугун жана масштабдалышын жакшыртуу дагы эле талап кылынат.
б) Сызыктуу эмес толкун узундугун конвертациялоо:
LNдин сызыктуу эмес касиеттери толкун өткөргүчтөрдөгү жыштыкты өзгөртүүгө мүмкүндүк берет, бул иштөө толкун узундугуна карабастан стандарттуу кремний фотодетекторлорун колдонууга мүмкүндүк берет.
Жыйынтык
LNOI технологиясынын тездик менен өнүгүшү тармакты кеңири колдонмолорду тейлөөгө жөндөмдүү универсалдуу PIC платформасына жакындатат. Учурдагы көйгөйлөрдү чечүү жана монолиттик жана детектордук интеграциядагы инновацияларды алдыга жылдыруу менен, LNOIге негизделген PICтер телекоммуникация, кванттык маалымат жана сезүү сыяктуу тармактарда төңкөрүш жасоо мүмкүнчүлүгүнө ээ.
LNOI масштабдуу PICтердин көптөн бери келе жаткан көрүнүшүн ишке ашырууга, EICтердин ийгилигине жана таасирине дал келүүгө убада берет. Нанкин фотоника процессинин платформасы жана XiaoyaoTech дизайн платформасы сыяктуу үзгүлтүксүз изилдөө жана иштеп чыгуу аракеттери интеграцияланган фотониканын келечегин калыптандырууда жана технологиялык тармактарда жаңы мүмкүнчүлүктөрдү ачууда чечүүчү мааниге ээ болот.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 18-июлу