Kirish
Elektron integral mikrosxemalar (EIC) muvaffaqiyatidan ilhomlanib, fotonik integral mikrosxemalar (PIC) sohasi 1969-yilda tashkil etilganidan beri rivojlanib kelmoqda. Biroq, EIClardan farqli o'laroq, turli xil fotonik ilovalarni qo'llab-quvvatlashga qodir universal platformani ishlab chiqish katta muammo bo'lib qolmoqda. Ushbu maqolada yangi avlod PIClari uchun tezda istiqbolli yechimga aylangan yangi paydo bo'layotgan Lityum Niobate Insulator (LNOI) texnologiyasi ko'rib chiqiladi.
LNOI texnologiyasining yuksalishi
Litiy niobati (LN) uzoq vaqtdan beri fotonik qo'llanmalar uchun asosiy material sifatida tan olingan. Biroq, faqat yupqa plyonkali LNOI va ilg'or ishlab chiqarish texnikasining paydo bo'lishi bilan uning to'liq salohiyati ochildi. Tadqiqotchilar LNOI platformalarida ultra past yo'qotishli tizma to'lqin yo'riqnomalari va ultra yuqori Q mikrorezonatorlarini muvaffaqiyatli namoyish etdilar [1], bu integratsiyalashgan fotonika sohasida sezilarli sakrashni ko'rsatdi.
LNOI texnologiyasining asosiy afzalliklari
- Ultra past optik yo'qotish(0,01 dB/sm3 gacha)
- Yuqori sifatli nanofotonik tuzilmalar
- Turli xil chiziqli bo'lmagan optik jarayonlarni qo'llab-quvvatlash
- Integratsiyalashgan elektro-optik (EO) sozlanishi
LNOIdagi chiziqli bo'lmagan optik jarayonlar
LNOI platformasida ishlab chiqarilgan yuqori samarali nanofotonik tuzilmalar asosiy chiziqli bo'lmagan optik jarayonlarni ajoyib samaradorlik va minimal nasos quvvati bilan amalga oshirish imkonini beradi. Namoyish etilgan jarayonlar quyidagilarni o'z ichiga oladi:
- Ikkinchi Garmonik Avlod (SHG)
- Summa 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, bu esa LNOI ni juda ko'p qirrali chiziqli bo'lmagan optik platforma sifatida yaratdi.
Elektro-optik sozlanishi mumkin bo'lgan integral qurilmalar
LNOI texnologiyasi shuningdek, quyidagi kabi faol va passiv sozlanadigan fotonik qurilmalarning keng doirasini ishlab chiqish imkonini berdi:
- Yuqori tezlikdagi optik modulyatorlar
- Qayta sozlanadigan ko'p funksiyali PIClar
- Sozlanishi mumkin bo'lgan chastotali taroqlar
- Mikro-optomekanik prujinalar
Ushbu qurilmalar yorug'lik signallarini aniq va yuqori tezlikda boshqarish uchun lityum niobatning ichki EO xususiyatlaridan foydalanadi.
LNOI fotonikasining amaliy qo'llanmalari
LNOI asosidagi PIClar hozirda tobora ko'proq amaliy qo'llanmalarda qo'llanilmoqda, jumladan:
- Mikroto'lqinli pechdan optik konvertorlar
- Optik sensorlar
- Chipdagi spektrometrlar
- Optik chastotali chuqurchalar
- Ilg'or telekommunikatsiya tizimlari
Ushbu ilovalar LNOI ning ommaviy optik komponentlarning ishlashiga mos kelish salohiyatini namoyish etadi, shu bilan birga fotolitografik ishlab chiqarish orqali kengaytiriladigan, energiya tejaydigan yechimlarni taklif qiladi.
Mavjud muammolar va kelajakdagi yo'nalishlar
Istiqbolli taraqqiyotga qaramay, LNOI texnologiyasi bir qator texnik to'siqlarga duch kelmoqda:
a) Optik yo'qotishlarni yanada kamaytirish
Tok to'lqin yo'riqnomasining yo'qotilishi (0,01 dB/sm3) hali ham materialning yutilish chegarasidan bir daraja yuqori. Sirt pürüzlülüğü va yutilish bilan bog'liq nuqsonlarni kamaytirish uchun ionlarni kesish texnikasi va nanofabrikatsiya sohasidagi yutuqlar zarur.
b) To'lqin yo'nalishi geometriyasini boshqarishni takomillashtirish
Yuqori integratsiya zichligi uchun takrorlanuvchanlikni yo'qotmasdan yoki tarqalish yo'qotilishini oshirmasdan 700 nm dan past to'lqin yo'riqnomalari va 2 mkm dan past ulanish bo'shliqlarini yoqish juda muhimdir.
c) Ulanish samaradorligini oshirish
Konussimon tolalar va rejim konvertorlari yuqori ulanish samaradorligiga erishishga yordam bersa-da, aks ettiruvchi qoplamalar havo-material interfeysi akslanishini yanada kamaytirishi mumkin.
d) Kam yo'qotishli polyarizatsiya komponentlarini ishlab chiqish
LNOI dagi polyarizatsiyaga sezgir bo'lmagan fotonik qurilmalar juda muhim bo'lib, ular bo'sh joy polyarizatorlarining ishlashiga mos keladigan komponentlarni talab qiladi.
e) Boshqaruv elektronikasini integratsiyalash
Optik ishlashni pasaytirmasdan keng ko'lamli boshqaruv elektronikasini samarali integratsiya qilish asosiy tadqiqot yo'nalishi hisoblanadi.
f) Ilg'or faza moslashuvi va dispersiya muhandisligi
Mikrondan kichik o'lchamlarda ishonchli domen naqshini yaratish chiziqli bo'lmagan optika uchun juda muhim, ammo LNOI platformasida hali yetuk bo'lmagan texnologiya bo'lib qolmoqda.
g) Ishlab chiqarishdagi nuqsonlar uchun kompensatsiya
Atrof-muhit o'zgarishlari yoki ishlab chiqarishdagi o'zgarishlar tufayli yuzaga keladigan fazaviy siljishlarni yumshatish usullari real hayotda qo'llash uchun juda muhimdir.
h) Samarali ko'p chipli mufta
Bir nechta LNOI chiplari orasidagi samarali ulanishni hal qilish bitta plastinka integratsiyasi chegaralaridan tashqariga chiqish uchun zarur.
Faol va passiv komponentlarning monolit integratsiyasi
LNOI PIClari uchun asosiy qiyinchilik quyidagilar kabi faol va passiv komponentlarning tejamkor monolit integratsiyasi hisoblanadi:
- Lazerlar
- Detektorlar
- Chiziqli bo'lmagan to'lqin uzunligi konvertorlari
- Modulyatorlar
- Multipleksorlar/Demultipleksorlar
Joriy strategiyalar quyidagilarni o'z ichiga oladi:
a) LNOI ning ion qo'shimchasi:
Belgilangan hududlarga faol ionlarni tanlab qo'shish chipdagi yorug'lik manbalariga olib kelishi mumkin.
b) Bogʻlanish va Geterogen integratsiya:
Oldindan tayyorlangan passiv LNOI PIClarini lehimlangan LNOI qatlamlari yoki III-V lazerlari bilan bog'lash muqobil yo'lni taqdim etadi.
c) Gibrid faol/passiv LNOI plastinkalarini ishlab chiqarish:
Innovatsion yondashuv ionlarni kesishdan oldin lehimlangan va lehimlanmagan LN plastinkalarini bog'lashni o'z ichiga oladi, natijada ham faol, ham passiv mintaqalarga ega LNOI plastinkalari hosil bo'ladi.
1-rasmgibrid integratsiyalashgan faol/passiv PIClar kontseptsiyasini ko'rsatadi, bu yerda bitta litografik jarayon ikkala turdagi komponentlarni uzluksiz moslashtirish va integratsiyalash imkonini beradi.
Fotodetektorlarning integratsiyasi
Fotodetektorlarni LNOI asosidagi PIClarga integratsiya qilish to'liq ishlaydigan tizimlarga yo'naltirilgan yana bir muhim qadamdir. Ikkita asosiy yondashuv o'rganilmoqda:
a) Geterogen integratsiya:
Yarimo'tkazgichli nanostrukturalar vaqtinchalik ravishda LNOI to'lqin yo'riqnomalariga ulanishi mumkin. Biroq, aniqlash samaradorligi va masshtablash qobiliyatini yaxshilash hali ham talab qilinadi.
b) Chiziqli bo'lmagan to'lqin uzunligini o'zgartirish:
LN ning chiziqli bo'lmagan xususiyatlari to'lqin qo'llanmalari ichida chastotani o'zgartirishga imkon beradi, bu esa ish to'lqin uzunligidan qat'i nazar, standart kremniy fotodetektorlaridan foydalanish imkonini beradi.
Xulosa
LNOI texnologiyasining jadal rivojlanishi sanoatni keng ko'lamli dasturlarga xizmat ko'rsatishga qodir universal PIC platformasiga yaqinlashtiradi. Mavjud muammolarni hal qilish va monolit va detektor integratsiyasidagi innovatsiyalarni ilgari surish orqali LNOI asosidagi PIClar telekommunikatsiya, kvant axboroti va sensor kabi sohalarda inqilob qilish imkoniyatiga ega.
LNOI EIClarning muvaffaqiyati va ta'siriga mos keladigan kengaytiriladigan PIClarning uzoq yillik vizyonini amalga oshirishga va'da beradi. Nanjing Photonics Process Platform va XiaoyaoTech Design Platform kabi ilmiy-tadqiqot va ishlanmalarni davom ettirish integratsiyalashgan fotonikaning kelajagini shakllantirishda va texnologiya sohalarida yangi imkoniyatlarni ochishda hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'ladi.
Nashr vaqti: 2025-yil 18-iyul