Kirish
Elektron integral mikrosxemalarning (EICs) muvaffaqiyatidan ilhomlanib, fotonik integral mikrosxemalar (PICs) sohasi 1969 yilda yaratilganidan beri rivojlanib bormoqda. Biroq, EIClardan farqli o'laroq, turli xil fotonik ilovalarni qo'llab-quvvatlashga qodir universal platformani ishlab chiqish asosiy muammo bo'lib qolmoqda. Ushbu maqola yangi avlod PIClar uchun tezda istiqbolli yechimga aylangan Lithium Niobate on Isolator (LNOI) texnologiyasini o'rganadi.
LNOI texnologiyasining yuksalishi
Lityum niobat (LN) uzoq vaqtdan beri fotonik ilovalar uchun asosiy material sifatida tan olingan. Biroq, faqat yupqa plyonkali LNOI va ilg'or ishlab chiqarish texnikasi paydo bo'lishi bilan uning to'liq salohiyati ochildi. Tadqiqotchilar LNOI platformalarida [1] oʻta kam yoʻqotuvchi toʻlqin uzatgichlar va ultra yuqori Q mikrorezonatorlarini muvaffaqiyatli namoyish etdilar, bu esa integratsiyalangan fotonikda sezilarli sakrashni koʻrsatdi.
LNOI texnologiyasining asosiy afzalliklari
- Ultra past optik yo'qotish(0,01 dB/sm gacha)
- Yuqori sifatli nanofotonik tuzilmalar
- Turli xil chiziqli bo'lmagan optik jarayonlarni qo'llab-quvvatlash
- Integratsiyalashgan elektro-optik (EO) sozlanishi
LNOIda chiziqli bo'lmagan optik jarayonlar
LNOI platformasida ishlab chiqarilgan yuqori samarali nanofotonik tuzilmalar ajoyib samaradorlik va minimal nasos kuchi bilan asosiy chiziqli bo'lmagan optik jarayonlarni amalga oshirishga imkon beradi. Ko'rsatilgan jarayonlarga quyidagilar kiradi:
- Ikkinchi garmonik avlod (SHG)
- Sum chastotasini yaratish (SFG)
- Farq chastotasini yaratish (DFG)
- Parametrik pastga aylantirish (PDC)
- To'rt to'lqinli aralashtirish (FWM)
Ushbu jarayonlarni optimallashtirish uchun turli xil fazalarni moslashtirish sxemalari amalga oshirildi va LNOI juda ko'p qirrali chiziqli bo'lmagan optik platforma sifatida yaratildi.
Elektro-optik sozlanadigan integratsiyalangan qurilmalar
LNOI texnologiyasi, shuningdek, faol va passiv sozlanishi mumkin bo'lgan fotonik qurilmalarning keng doirasini ishlab chiqishga imkon berdi, masalan:
- Yuqori tezlikdagi optik modulyatorlar
- Qayta konfiguratsiya qilinadigan ko'p funktsiyali PIClar
- Sozlanishi chastotali taroqlar
- Mikro-optomexanik buloqlar
Ushbu qurilmalar yorug'lik signallarini aniq, yuqori tezlikda boshqarishga erishish uchun lityum niobatning ichki EO xususiyatlaridan foydalanadi.
LNOI fotonikasining amaliy qo'llanilishi
LNOI-ga asoslangan PIC-lar endi tobora ko'proq amaliy ilovalarda qabul qilinmoqda, jumladan:
- Mikroto'lqinli pechdan optikga o'tkazgichlar
- Optik sensorlar
- Chipdagi spektrometrlar
- Optik chastotali taroqlar
- Ilg'or telekommunikatsiya tizimlari
Ushbu ilovalar fotolitografik ishlab chiqarish orqali kengaytiriladigan, energiya tejaydigan echimlarni taklif qilish bilan birga, LNOI ning ommaviy optik komponentlarning ishlashiga mos kelishini namoyish etadi.
Hozirgi muammolar va kelajak yo'nalishlari
O'zining istiqbolli rivojlanishiga qaramay, LNOI texnologiyasi bir nechta texnik to'siqlarga duch keladi:
a) Optik yo'qotishlarni yanada kamaytirish
Joriy to'lqin yo'nalishini yo'qotish (0,01 dB / sm) hali ham materialni yutish chegarasidan yuqoriroq bo'lgan tartibdir. Sirt pürüzlülüğü va yutilish bilan bog'liq nuqsonlarni kamaytirish uchun ionlarni kesish texnikasi va nanofabrikatsiyadagi yutuqlar kerak.
b) To'lqin o'tkazgich geometriyasini boshqarish yaxshilandi
Yuqori integratsiya zichligi uchun takrorlanuvchanlikni yo'qotmasdan yoki tarqalish yo'qotilishini oshirmasdan 700 nm ostidagi to'lqin qo'llanmalarini va 2 mkm dan past bo'shliqlarni yoqish juda muhimdir.
c) Ulanish samaradorligini oshirish
Konusli tolalar va rejim konvertorlari yuqori ulanish samaradorligiga erishishga yordam bersa-da, aks ettirishga qarshi qoplamalar havo-material interfeysi aks ettirishni yanada yumshata oladi.
d) Kam yo'qotishli polarizatsiya komponentlarini ishlab chiqish
LNOI-dagi polarizatsiyaga sezgir bo'lmagan fotonik qurilmalar juda muhim bo'lib, ular bo'sh joy polarizatorlarining ishlashiga mos keladigan komponentlarni talab qiladi.
e) Boshqaruv elektronikasini integratsiyalashuvi
Optik ko'rsatkichlarni kamaytirmasdan keng ko'lamli boshqaruv elektronikasini samarali integratsiya qilish tadqiqotning asosiy yo'nalishi hisoblanadi.
f) Kengaytirilgan fazalarni moslashtirish va dispersiya muhandisligi
Submikron o'lchamlarida ishonchli domen naqshlari chiziqli bo'lmagan optika uchun juda muhim, ammo LNOI platformasida hali ham etuk texnologiya bo'lib qolmoqda.
g) Ishlab chiqarishdagi nuqsonlarni qoplash
Atrof-muhitdagi o'zgarishlar yoki ishlab chiqarishdagi farqlar tufayli fazalar siljishini yumshatish usullari haqiqiy dunyoda joylashtirish uchun juda muhimdir.
h) Samarali ko'p chipli ulanish
Bir nechta LNOI chiplari o'rtasidagi samarali ulanishni ko'rib chiqish bitta gofretli integratsiya chegaralaridan tashqariga chiqish uchun zarur.
Faol va passiv komponentlarning monolitik integratsiyasi
LNOI PIC uchun asosiy muammo faol va passiv komponentlarning tejamkor monolit integratsiyasidir, masalan:
- Lazerlar
- Detektorlar
- To'lqin uzunligini chiziqli bo'lmagan o'zgartirgichlar
- Modulatorlar
- Multipleksatorlar/Demultipleksatorlar
Hozirgi strategiyalar quyidagilarni o'z ichiga oladi:
a) LNOIning ionli dopingi:
Belgilangan hududlarga faol ionlarni tanlab doping qilish chipdagi yorug'lik manbalariga olib kelishi mumkin.
b) Bog'lanish va geterogen integratsiya:
Oldindan ishlab chiqarilgan passiv LNOI PIC-larini LNOI qatlamlari yoki III-V lazerlari bilan yopishtirish muqobil yo'lni ta'minlaydi.
c) gibrid faol/passiv LNOI gofret ishlab chiqarish:
Innovatsion yondashuv ionlarni kesishdan oldin qo'yilgan va qo'shilmagan LN gofretlarini bog'lashni o'z ichiga oladi, natijada LNOI vafli faol va passiv hududlarga ega bo'ladi.
1-rasmgibrid integratsiyalangan faol/passiv PIClar kontseptsiyasini tasvirlaydi, bunda bitta litografik jarayon ikkala turdagi komponentlarni muammosiz tekislash va integratsiya qilish imkonini beradi.
Fotodetektorlarning integratsiyasi
Fotodetektorlarni LNOI-ga asoslangan PIC-larga integratsiya qilish to'liq ishlaydigan tizimlar sari yana bir muhim qadamdir. Ikkita asosiy yondashuv tekshirilmoqda:
a) Geterogen integratsiya:
Yarimo'tkazgich nanostrukturalari vaqtinchalik LNOI to'lqin qo'llanmalariga ulanishi mumkin. Biroq, aniqlash samaradorligi va miqyosidagi yaxshilanishlar hali ham talab qilinadi.
b) to'lqin uzunligini chiziqli bo'lmagan konvertatsiya qilish:
LN ning chiziqli bo'lmagan xususiyatlari to'lqin o'tkazgichlari ichida chastotani o'zgartirishga imkon beradi, bu esa to'lqin uzunligidan qat'i nazar, standart silikon fotodetektorlardan foydalanishga imkon beradi.
Xulosa
LNOI texnologiyasining jadal rivojlanishi sanoatni keng ko'lamli ilovalarga xizmat ko'rsatishga qodir universal PIC platformasiga yaqinlashtiradi. Mavjud muammolarni hal qilish va monolit va detektor integratsiyasida innovatsiyalarni ilgari surish orqali LNOI-ga asoslangan PIClar telekommunikatsiya, kvant ma'lumotlari va sezish kabi sohalarda inqilob qilish potentsialiga ega.
LNOI EICs muvaffaqiyati va ta'siriga mos keladigan kengaytiriladigan PIC-larning uzoq yillik qarashlarini bajarishga va'da beradi. Nankin fotonik jarayonlari platformasi va XiaoyaoTech dizayn platformasi kabi ilmiy-tadqiqot ishlarini davom ettirish sa’y-harakatlari integratsiyalangan fotonika kelajagini shakllantirishda va texnologiya sohalarida yangi imkoniyatlarni ochishda hal qiluvchi ahamiyatga ega bo‘ladi.
Yuborilgan vaqt: 2025-yil-18-iyul