Giriş
Elektron integrirlenen zynjyrlaryň (EIC) üstünliginden ylham alyp, fotonik integral zynjyrlar (PIC) pudagy 1969-njy ýylda döredilen gününden bäri ösýär. Şeýle-de bolsa, EIC-lerden tapawutlylykda dürli fotonik programmalary goldamaga ukyply uniwersal platformany döretmek esasy kynçylyk bolup galýar. Bu makala, indiki nesil PIC-leri üçin geljegi uly çözgüde öwrülen izolýator (LNOI) tehnologiýasynda ýüze çykýan Lityum Niobate öwrenilýär.
LNOI tehnologiýasynyň ösmegi
Lityum niobat (LN) fotonik goşundylar üçin esasy material hökmünde öňden bäri ykrar edilýär. Şeýle-de bolsa, diňe inçe filmli LNOI we ösen önümçilik usullarynyň peýda bolmagy bilen onuň doly potensialy açyldy. Gözlegçiler LNOI platformalarynda ultra-pes ýitgili dag gerişlerini we ultra-ýokary Q mikroresonatorlaryny üstünlikli görkezdiler, integral fotonikada ep-esli böküş boldy.
LNOI tehnologiýasynyň esasy artykmaçlyklary
- Ultra pes optiki ýitgi(0.01 dB / sm pes)
- Qualityokary hilli nanofotoniki gurluşlar
- Dürli çyzykly däl optiki amallar üçin goldaw
- Toplumlaýyn elektro-optiki (EO) sazlaýyş
LNOI-de çyzykly optiki amallar
LNOI platformasynda öndürilen ýokary öndürijilikli nanofotoniki gurluşlar ajaýyp netijelilik we iň az nasos güýji bilen esasy çyzykly optiki amallary amala aşyrmaga mümkinçilik berýär. Görkezilen amallar şulary öz içine alýar:
- Ikinji garmoniki nesil (SHG)
- Jemi ýygylyk öndürmek (SFG)
- Tapawut ýygylygy öndürmek (DFG)
- Parametrik aşak öwrülişik (PDC)
- Dört tolkunly garyşyk (FWM)
LNOI-ni ýokary derejeli çyzykly optiki platforma hökmünde döredip, bu amallary optimizirlemek üçin dürli faza gabat gelýän shemalar amala aşyryldy.
Elektro-optiki sazlanylýan toplumlaýyn enjamlar
LNOI tehnologiýasy, şeýle hem, işjeň we passiw sazlap bolýan fotonik enjamlaryň giň toplumyny ösdürmäge mümkinçilik berdi:
- Speedokary tizlikli optiki modulýatorlar
- Düzülip bilinýän köp wezipeli PIC
- Sazlanylýan ýygylyk taraklary
- Mikro-optomehaniki çeşmeler
Bu enjamlar, ýagtylyk signallaryna takyk, ýokary tizlikli gözegçilik etmek üçin litiý niobatyň içerki EO häsiýetlerini ulanýarlar.
LNOI Photonics-iň amaly goşundylary
LNOI esasly PIC-ler indi köpelýän amaly goşundylarda kabul edilýär, şol sanda:
- Mikrotolkun-optiki öwrüjiler
- Optiki datçikler
- Çip spektrometrleri
- Optiki ýygylyk taraklary
- Ösen telekommunikasiýa ulgamlary
Bu programmalar, LNOI-iň köp optiki komponentleriň öndürijiligine laýyk gelmek mümkinçiligini görkezýär, şol bir wagtyň özünde fotolitografiki ýasama arkaly ulaldylyp, energiýa tygşytlaýjy çözgütleri hödürleýär.
Häzirki kynçylyklar we geljekki ugurlar
Geljegi uly ösüşe garamazdan, LNOI tehnologiýasy birnäçe tehniki päsgelçilikler bilen ýüzbe-ýüz bolýar:
a) Optiki ýitgini hasam azaltmak
Häzirki tolkun gorag ýitgisi (0.01 dB / sm) henizem materialyň siňdiriş çäginden has ýokary ululyk tertibi. Ion kesmek usullarynda öňe gidişlikler we nanofabrika, ýerüsti çişligi we siňdiriş bilen baglanyşykly kemçilikleri azaltmak üçin zerurdyr.
b) Tolkun gorag geometriýasynyň dolandyryşy
Sub-700 nm tolkun goragçylaryny we sub-2 μm birikdirme boşluklaryny gaýtalamak pida etmezden ýa-da köpelmek ýitgisini köpeltmek, ýokary integrasiýa dykyzlygy üçin möhümdir.
ç) Jübütlemegiň netijeliligini ýokarlandyrmak
Süýümli süýümler we re modeim öwrüjiler ýokary birikdirme netijeliligini gazanmaga kömek etse-de, şöhlelenmä garşy örtükler howa-material interfeýs şöhlelerini hasam gowşadyp biler.
d) Pes ýitgili polýarizasiýa komponentleriniň ösüşi
LNOI-de polýarizasiýa duýgur fotonik enjamlar zerurdyr, boş ýer polýarizatorlarynyň işine laýyk gelýän komponentleri talap edýär.
e) Dolandyryş elektronikasynyň integrasiýasy
Uly göwrümli dolandyryş elektronikasyny optiki öndürijiligi peseltmezden netijeli birleşdirmek esasy gözleg ugrudyr.
f) Ösen tapgyrlaýyn deňeşdirme we dispersiýa in Engineeringenerligi
Sub-mikron çözgüdi boýunça ygtybarly domen patteri çyzykly optika üçin möhümdir, ýöne LNOI platformasynda entek ýetişmedik tehnologiýa bolup galýar.
g) Önümçilik kemçilikleri üçin öwezini dolmak
Daşky gurşawyň üýtgemegi ýa-da ýasama üýtgeşiklikler sebäpli ýüze çykýan faza üýtgemelerini azaltmagyň usullary hakyky dünýäde ýerleşdirmek üçin zerurdyr.
h) Netijeli köp çipli birikdirme
Birnäçe LNOI çipleriniň arasynda netijeli birikdirmäni çözmek, bir wafli integrasiýa çäklerinden has giňeltmek üçin zerurdyr.
Işjeň we passiw komponentleriň monolit birleşmesi
LNOI PIC-ler üçin esasy kynçylyk, işjeň we passiw komponentleriň tygşytly monolit integrasiýasydyr:
- Lazerler
- Detektorlar
- Çyzykly tolkun uzynlygy öwrüjileri
- Modulýatorlar
- Multiplexers / Demultiplexers
Häzirki strategiýalar:
a) LNOI-den Ion Doping:
Işjeň ionlaryň bellenen sebitlere saýlanyp alynmagy, çipdäki ýagtylyk çeşmelerine sebäp bolup biler.
b) baglanyşyk we geterogen integrasiýa:
Öň ýasalan passiw LNOI PIC-leri doply LNOI gatlaklary ýa-da III-V lazerleri bilen baglanyşdyrmak alternatiw ýoly üpjün edýär.
ç) Gibrid işjeň / passiw LNOI wafli önümçiligi:
Täzeçillik çemeleşmesi, ion kesilmezden ozal dopirlenen we açylmadyk LN wafli baglanyşdyrmagy öz içine alýar, netijede aktiw we passiw sebitler bilen LNOI wafli bolýar.
1-nji suratgibrid integrirlenen işjeň / passiw PIC düşünjesini görkezýär, bu ýerde ýekeje daşbasma prosesi iki görnüşli komponentiň bökdençsiz deňleşmegine we birleşmegine mümkinçilik berýär.
Fotodetektorlaryň integrasiýasy
Fotodetektorlary LNOI esasly PIC-lere birleşdirmek, doly işleýän ulgamlara tarap ýene bir möhüm ädimdir. Iki esasy çemeleşme derňeýär:
a) Geterogen integrasiýa:
Ondarymgeçiriji nanostrukturalary LNOI tolkun goragçylary bilen wagtlaýyn birleşdirip bolýar. Şeýle-de bolsa, kesgitlemegiň netijeliligini we göwrümini ýokarlandyrmak zerur.
b) Çyzykly tolkun uzynlygyny öwürmek:
LN-iň çyzykly däl häsiýetleri tolkun goragçylarynyň içinde ýygylygy öwürmäge mümkinçilik berýär, tolkun uzynlygyna garamazdan adaty kremniniň fotodetektorlaryny ulanmaga mümkinçilik berýär.
Netije
LNOI tehnologiýasynyň çalt ösmegi, köp sanly amaly ýerine ýetirip bilýän uniwersal PIC platformasyna pudagy ýakynlaşdyrýar. Bar bolan kynçylyklary çözmek we monolit we detektor integrasiýasynda täzelikleri öňe sürmek bilen LNOI esasly PIC telekommunikasiýa, kwant maglumatlary we duýgurlyk ýaly ugurlary özgertmek mümkinçiligine eýe.
LNOI, EIC-leriň üstünligine we täsirine laýyk gelýän ulaldylan PIC-leriň uzak wagtlap görüşini amala aşyrmagy wada berýär. Nanjing Photonics Prosess Platformasy we XiaoyaoTech Design Platformasy ýaly dowamly gözleg we gözlegler, toplumlaýyn fotonikanyň geljegini kesgitlemekde we tehnologiýa ugurlarynda täze mümkinçilikleri açmakda möhüm ähmiýete eýe bolar.
Iş wagty: Iýul-18-2025