Giriş
Elektron integral mikroshemalaryň (EIC) üstünliginden ylham alan fotonik integral mikroshemalar (PIC) pudagy 1969-njy ýylda döredileninden bäri ösýär. Şeýle-de bolsa, EIC-lerden tapawutlylykda, dürli fotonik ulanylyşlary goldap bilýän uniwersal platformanyň işlenip düzülmegi uly kynçylyk bolmagynda galýar. Bu makalada täze nesil PIC-ler üçin çaltlyk bilen geljegi uly çözgüt bolan Litiý Niobaty (LNOI) tehnologiýasy öwrenilýär.
LNOI tehnologiýasynyň ösmegi
Litiý niobaty (LN) fotonik ulanylyşlar üçin esasy material hökmünde köpden bäri ykrar edilip gelýär. Şeýle-de bolsa, diňe inçe plýonkaly LNOI-niň we ösen önümçilik tehnikalarynyň peýda bolmagy bilen onuň doly mümkinçilikleri açyldy. Barlagçylar LNOI platformalarynda örän pes ýitgili gyra tolkun geçirijilerini we örän ýokary Q mikrorezonatorlaryny üstünlikli görkezdiler [1], bu bolsa integrasiýa edilen fotonika ulgamynda uly öňegidişligi alamatlandyrýar.
LNOI tehnologiýasynyň esasy artykmaçlyklary
- Ultra pes optik ýitgi(0.01 dB/sm3 çenli pes)
- Ýokary hilli nanofotonik gurluşlar
- Dürli çyzykly däl optiki prosesleri goldamak
- Integrasiýa edilen elektro-optik (EO) sazlanyş ukyby
LNOI-da çyzykly däl optiki prosesler
LNOI platformasynda öndürilen ýokary öndürijilikli nanofotonik gurluşlar ajaýyp netijelilik we minimal nasos güýji bilen esasy çyzykly däl optiki prosesleriň amala aşyrylmagyna mümkinçilik berýär. Görkezilen prosesler aşakdakylary öz içine alýar:
- Ikinji Garmonik Nesil (SHG)
- Jemi ýygylyk döretmek (SFG)
- Tapawutly Çaltlyk Döredijiligi (DFG)
- Parametrik aşak öwürme (PDC)
- Dört Tolkunly Gatyşdyrma (FWM)
Bu prosesleri optimizirlemek üçin dürli faza deňleşdiriş shemalary ornaşdyryldy we LNOI-ny örän köpugurly çyzykly däl optiki platforma hökmünde döretdi.
Elektro-optik taýdan sazlanyp bilýän integrasiýa edilen enjamlar
LNOI tehnologiýasy şeýle hem işjeň we passiw sazlanyp bilýän fotonik enjamlaryň giň toplumyny işläp düzmäge mümkinçilik berdi, mysal üçin:
- Ýokary tizlikli optiki modulýatorlar
- Gaýtadan konfigurirlenip bolýan köpugurly PIC-ler
- Sazlanyp bilýän ýygylykly taraklar
- Mikro-optomehaniki ýazlar
Bu enjamlar yşyk signallarynyň takyk we ýokary tizlikli dolandyrylmagyny üpjün etmek üçin litium niobatyň içki EO häsiýetlerinden peýdalanýar.
LNOI fotonikasynyň amaly ulanylyşy
LNOI-a esaslanýan PIC-ler häzirki wagtda barha köp amaly ulanylyşlarda ulanylýar, şol sanda:
- Mikrotolkunly peçden optiki peje öwürijiler
- Optiki sensorlar
- Çipdäki spektrometrler
- Optiki ýygylykly taraklar
- Öňdebaryjy telekommunikasiýa ulgamlary
Bu ulanylyşlar LNOI-nyň köpçülikleýin optiki komponentleriň işine laýyk gelmeginiň mümkinçiligini görkezýär, şol bir wagtyň özünde fotolitografik önümçilik arkaly ölçeklendirilip bilinýän, energiýa tygşytlaýjy çözgütleri hödürleýär.
Häzirki kynçylyklar we geljekki ugurlar
Ösüşiniň geljegine garamazdan, LNOI tehnologiýasy birnäçe tehniki päsgelçilikler bilen ýüzbe-ýüz bolýar:
a) Optiki ýitgileri has-da azaltmak
Tok tolkun geçirijisiniň ýitgisi (0,01 dB/sm) henizem materialyň siňdiriş çäginden bir dereje ýokarydyr. Ýüziň gödekligini we siňdiriş bilen baglanyşykly kemçilikleri azaltmak üçin ion dilimleme tehnikalarynda we nanofabrikasiýada ösüşler zerurdyr.
b) Tolkun geçirijisiniň geometriýasynyň gözegçiliginiň gowulandyrylmagy
Gaýtalanmagy peseltmezden ýa-da ýaýrama ýitgisini artdyrmazdan, 700 nm-den pes tolkun geçirijilerini we 2 μm-den pes birleşdiriji aralyklary işletmek, integrasiýa dykyzlygynyň ýokary bolmagy üçin örän möhümdir.
c) Birleşdirişiň netijeliligini ýokarlandyrmak
Konus şekilli süýümler we re mode öwrüjileri ýokary birikdiriş netijeliligine ýetmäge kömek etse-de, refleks garşy örtükler howa-material serhediniň reflekslerini has-da azaldyp biler.
d) Pes ýitgili polýarizasiýa komponentleriniň işlenip düzülmegi
LNOI-de polýarizasiýa duýgurlygy bolmadyk fotonik enjamlar möhümdir, olar boş giňişlik polýarizatorlarynyň işine laýyk gelýän komponentleri talap edýär.
e) Dolandyryş elektronikasynyň integrasiýasy
Optiki görkezijileri peseltmezden, uly göwrümli dolandyryş elektronikasyny netijeli integrasiýa etmek esasy ylmy ugurdyr.
f) Ösen faza deňleşdirme we dispersiýa inženerçiligi
Mikrondan kiçi çözgütde ygtybarly domen şekillemesi çyzykly däl optika üçin möhümdir, ýöne LNOI platformasynda heniz kämil bolmadyk tehnologiýa bolmagynda galýar.
g) Öndüriş kemçilikleri üçin öwez tölegi
Daşky gurşawyň üýtgemeleri ýa-da önümçilik üýtgeşmeleri sebäpli ýüze çykýan faza üýtgeşmelerini azaltmak usullary hakyky dünýäde ornaşdyrmak üçin möhümdir.
h) Netijeli köp çipli birikdiriş
Bir waferli integrasiýa çäklerinden çykmak üçin birnäçe LNOI çipleriniň arasyndaky netijeli baglanyşygy çözmek zerurdyr.
Aktiw we passiw komponentleriň monolit integrasiýasy
LNOI PIC-leri üçin esasy kynçylyk, aşakdaky ýaly işjeň we passiw komponentleriň tygşytly monolit integrasiýasydyr:
- Lazerler
- Detektorlar
- Syzyksyz tolkun uzynlygyny öwürijiler
- Modulýatorlar
- Multipleksorlar/Demultipleksorlar
Häzirki strategiýalara aşakdakylar girýär:
a) LNOI-nyň ion goşundysy:
Aktiw ionlaryň bellenen sebitlere selektiw goşulmagy çipdäki ýagtylyk çeşmelerine sebäp bolup biler.
b) Baglanyşyk we Geterogen Integrasiýa:
Öňünden taýýarlanan passiw LNOI PIC-lerini lehimlenen LNOI gatlaklary ýa-da III-V lazerleri bilen birleşdirmek alternatiw ýol hödürleýär.
c) Gibrid Aktiw/Passiw LNOI Wafer Öndürilişi:
Innowasion çemeleşme ion dilimlemeden öň lehimlenen we lehimlenmedik LN waferlerini birikdirmegi öz içine alýar, netijede işjeň we passiw sebitleri bolan LNOI waferleri emele gelýär.
1-nji suratgibrid integrasiýa edilen işjeň/passiw PIC-leriň konsepsiýasyny görkezýär, bu ýerde ýeke-täk litografik proses iki görnüşli komponentleriň hem üznüksiz deňleşdirilmegine we integrasiýasyna mümkinçilik berýär.
Fotodetektorlaryň integrasiýasy
Fotodetektorlary LNOI esasly PIC-lere goşmak doly işleýän ulgamlara tarap ýene bir möhüm ädimdir. Iki esasy çemeleşme derňelýär:
a) Geterogen integrasiýa:
Ýarymgeçiriji nanostrukturalary wagtlaýynça LNOI tolkun geçirijilerine birikdirip bolýar. Şeýle-de bolsa, anyklaýyş netijeliliginiň we ölçeklenişiniň gowulandyrylmagy henizem zerurdyr.
b) Syzyksyz tolkun uzynlygynyň öwrülişi:
LN-iň çyzykly däl häsiýetleri tolkun geçirijileriniň içinde ýygylygy üýtgetmäge mümkinçilik berýär, bu bolsa işleýän tolkun uzynlygyna garamazdan standart kremniý fotodetektorlaryny ulanmaga mümkinçilik berýär.
Netije
LNOI tehnologiýasynyň çalt ösüşi pudagy giň gerimli ulanylyşlara hyzmat edip bilýän uniwersal PIC platformasyna ýakynlaşdyrýar. Bar bolan kynçylyklary çözmek we monolit we detektor integrasiýasyndaky innowasiýalary öňe ilerletmek arkaly LNOI esasyndaky PIC-ler telekommunikasiýa, kwant maglumatlary we duýuş ýaly ugurlarda rewolýusiýa döretmäge mümkinçilik berýär.
LNOI, EIC-leriň üstünligine we täsirine laýyk gelýän ölçeklenýän PIC-leriň uzak wagtlap dowam edýän garaýşyny ýerine ýetirmäge wada berýär. Nanjing Fotonika Proses Platformasyndan we XiaoyaoTech Dizaýn Platformasyndan alnyp barylýan ylmy-barlag we işläp düzmek işleri ýaly dowamly işler integrasiýalaşdyrylan fotonikanyň geljegini kemala getirmekde we tehnologiýa ugurlary boýunça täze mümkinçilikleri açmakda möhüm ähmiýete eýe bolar.
Ýerleşdirilen wagty: 2025-nji ýylyň 18-nji iýuly