Муқаддима
Бо илҳоми муваффақияти схемаҳои интегралии электронӣ (EICs), соҳаи схемаҳои интегралии фотонӣ (PICs) аз замони таъсисёбиаш дар соли 1969 таҳаввул ёфтааст. Аммо, бар хилофи EICs, таҳияи платформаи универсалӣ, ки қодир ба дастгирии барномаҳои гуногуни фотонӣ аст, як мушкили асосӣ боқӣ мемонад. Дар ин мақола технологияи пайдошудаи литий ниобати изоляторӣ (LNOI) баррасӣ мешавад, ки зуд ба як роҳи ҳалли умедбахш барои PIC-ҳои насли оянда табдил ёфтааст.
Рушди технологияи LNOI
Ниобати литий (LN) муддати тӯлонӣ ҳамчун маводи калидӣ барои татбиқи фотонӣ эътироф шудааст. Аммо, танҳо бо пайдоиши LNOI-и тунук ва усулҳои пешрафтаи истеҳсолӣ, потенсиали пурраи он кушода шуд. Муҳаққиқон дар платформаҳои LNOI [1], роҳнамоҳои мавҷгири қаторкӯҳҳои ултра-камталафот ва микрорезонаторҳои ултра-баланд-Q-ро бомуваффақият нишон доданд, ки ин як ҷаҳиши назаррас дар фотоникаи ҳамгирошуда мебошад.
Афзалиятҳои асосии технологияи LNOI
- Талафоти оптикии хеле паст(то 0.01 дБ/см)
- Сохторҳои нанофотонии баландсифат
- Дастгирии равандҳои гуногуни оптикии ғайрихаттӣ
- Танзими электрооптикии (EO) ҳамгирошуда
Равандҳои оптикии ғайрихаттӣ дар LNOI
Сохторҳои нанофотонии баландсифат, ки дар платформаи LNOI сохта шудаанд, имкон медиҳанд, ки равандҳои оптикии ғайрихаттии калидӣ бо самаранокии назаррас ва қувваи насоси ҳадди ақал амалӣ карда шаванд. Равандҳои намоишшуда инҳоянд:
- Насли дуюми гармоник (SHG)
- Тавлиди басомади ҷамъ (SFG)
- Тавлиди басомади фарқият (DFG)
- Табдилдиҳии параметрӣ ба поён (PDC)
- Омехтакунии чормавҷ (FWM)
Барои беҳбуд бахшидани ин равандҳо, схемаҳои гуногуни мувофиқкунии фазаҳо татбиқ карда шуданд, ки LNOI-ро ҳамчун платформаи оптикии ғайрихаттии хеле бисёрҷониба муаррифӣ карданд.
Дастгоҳҳои ҳамгирошудаи электрооптикӣ
Технологияи LNOI инчунин имкон дод, ки доираи васеи дастгоҳҳои фотонии танзимшавандаи фаъол ва ғайрифаъол, ба монанди:
- Модуляторҳои оптикии баландсуръат
- PIC-ҳои бисёрфунксионалии аз нав танзимшаванда
- Шонаҳои басомади танзимшаванда
- Пружинаҳои микрооптомеханикӣ
Ин дастгоҳҳо аз хосиятҳои дохилии EO-и ниобати литий барои ноил шудан ба назорати дақиқ ва суръати баланди сигналҳои рӯшноӣ истифода мебаранд.
Татбиқоти амалии фотоникаи LNOI
PIC-ҳои дар асоси LNOI асосёфта ҳоло дар шумораи афзояндаи барномаҳои амалӣ, аз ҷумла: қабул карда мешаванд.
- Табдилдиҳандаҳои аз печи микроволновка ба оптикӣ
- Сенсорҳои оптикӣ
- Спектрометрҳои рӯи чип
- Шонаҳои басомади оптикӣ
- Системаҳои пешрафтаи телекоммуникатсионӣ
Ин барномаҳо потенсиали LNOI-ро барои мувофиқат бо иҷрои ҷузъҳои оптикии оммавӣ нишон медиҳанд ва дар айни замон тавассути истеҳсоли фотолитографӣ роҳҳои ҳалли миқёспазир ва каммасрафи энергияро пешниҳод мекунанд.
Мушкилоти ҷорӣ ва самтҳои оянда
Бо вуҷуди пешрафти умедбахши худ, технологияи LNOI бо як қатор монеаҳои техникӣ рӯбарӯ мешавад:
а) Кам кардани минбаъдаи талафоти оптикӣ
Талафоти ҷараёни мавҷгир (0,01 дБ/см) то ҳол аз ҳадди ҷабби мавод як тартиби бузургтар аст. Барои кам кардани ноҳамвории сатҳ ва нуқсонҳои марбут ба ҷаббиш пешрафтҳо дар усулҳои буридани ионҳо ва наноистеҳсолот заруранд.
б) Идоракунии беҳтаршудаи геометрияи мавҷгир
Фаъол кардани мавҷгирҳои то 700 нм ва фосилаҳои пайвасткунии то 2 мкм бе аз даст додани такрорпазирӣ ё афзоиши талафоти паҳншавӣ барои зичии баланди интегратсия муҳим аст.
в) Баланд бардоштани самаранокии пайвасткунӣ
Дар ҳоле ки нахҳои конусшакл ва табдилдиҳандаҳои режим ба самаранокии баланди пайвастшавӣ мусоидат мекунанд, рӯйпӯшҳои зидди инъикос метавонанд инъикоси интерфейси ҳаво ва маводро минбаъд коҳиш диҳанд.
г) Таҳияи ҷузъҳои поляризатсияи камталафот
Дастгоҳҳои фотонии беҳассос ба поляризатсия дар LNOI муҳиманд, ки ба ҷузъҳое ниёз доранд, ки ба кори поляризаторҳои фазои озод мувофиқат кунанд.
д) Ҳамгироии электроникаи идоракунӣ
Ҳамгироии самараноки электроникаи идоракунии миқёси калон бидуни коҳиш додани самаранокии оптикӣ самти калидии тадқиқот мебошад.
е) Муҳандисии пешрафтаи мувофиқати фаза ва парокандагӣ
Намунасозии боэътимоди домен дар қарори зермикронӣ барои оптикаи ғайрихаттӣ муҳим аст, аммо дар платформаи LNOI як технологияи нопухта боқӣ мемонад.
ж) Ҷуброни камбудиҳои истеҳсолот
Усулҳо барои кам кардани тағйироти фаза, ки дар натиҷаи тағйироти муҳити зист ё тағйироти истеҳсолӣ ба вуҷуд меоянд, барои ҷойгиркунии воқеӣ муҳиманд.
h) Пайвасткунии самараноки бисёрчипӣ
Барои васеъ кардани миқёс аз ҳудуди ҳамгироии як-ваферӣ, ҳалли мушкилоти пайвастшавии самаранок байни якчанд микросхемаҳои LNOI зарур аст.
Интегратсияи монолитии ҷузъҳои фаъол ва ғайрифаъол
Мушкилоти асосӣ барои LNOI PICs ин ҳамгироии яклухти аз ҷиҳати хароҷот самараноки ҷузъҳои фаъол ва ғайрифаъол, ба монанди:
- Лазерҳо
- Детекторҳо
- Табдилдиҳандаҳои мавҷи ғайрихаттӣ
- Модуляторҳо
- Мултиплексорҳо/Демултиплексорҳо
Стратегияҳои кунунӣ инҳоро дар бар мегиранд:
а) Допинги ионии LNOI:
Допинги интихобии ионҳои фаъол ба минтақаҳои муайяншуда метавонад боиси пайдоиши манбаъҳои рӯшноӣ дар чип гардад.
б) Пайванд ва ҳамгироии гетерогенӣ:
Пайваст кардани PIC-ҳои пассивии LNOI-и пешакӣ сохташуда бо қабатҳои LNOI ё лазерҳои III-V роҳи алтернативиро фароҳам меорад.
в) Истеҳсоли вафли LNOI-и гибридии фаъол/ғайрифаъол:
Як равиши инноватсионӣ пеш аз буридани ион пайваст кардани пластинаҳои LN-и легиршуда ва легирнанашударо дар бар мегирад, ки дар натиҷа пластинаҳои LNOI бо минтақаҳои фаъол ва ғайрифаъол ба вуҷуд меоянд.
Расми 1консепсияи PIC-ҳои фаъол/ғайрифаъоли ҳамгирошудаи гибридиро нишон медиҳад, ки дар он як раванди ягонаи литографӣ имкон медиҳад, ки ҳарду намуди ҷузъҳо ҳамоҳангӣ ва ҳамгироии бефосила дошта бошанд.
Ҳамгироии фотодетекторҳо
Ҳамгироии фотодетекторҳо ба PIC-ҳои дар асоси LNOI асосёфта як қадами муҳими дигар ба сӯи системаҳои пурра функсионалӣ мебошад. Ду равиши асосӣ таҳти таҳқиқ қарор доранд:
а) Интегратсияи гетерогенӣ:
Наносохторҳои нимноқилро метавон муваққатан ба мавҷгирҳои LNOI пайваст кард. Бо вуҷуди ин, беҳтар кардани самаранокии ошкоркунӣ ва миқёспазирӣ то ҳол зарур аст.
б) Табдили дарозии мавҷи ғайрихаттӣ:
Хусусиятҳои ғайрихаттии LN имкон медиҳанд, ки дар дохили мавҷгирҳо табдили басомад ба амал ояд ва истифодаи фотодетекторҳои стандартии кремнийро новобаста аз дарозии мавҷи корӣ имконпазир мегардонад.
Хулоса
Пешрафти босуръати технологияи LNOI саноатро ба платформаи универсалии PIC, ки қодир ба хидматрасонии доираи васеи барномаҳо мебошад, наздиктар мекунад. Бо ҳалли мушкилоти мавҷуда ва пешбурди навовариҳо дар ҳамгироии монолитӣ ва детекторӣ, PIC-ҳои дар асоси LNOI асосёфта метавонанд дар соҳаҳо ба монанди телекоммуникатсия, иттилооти квантӣ ва сенсорӣ инқилоб кунанд.
LNOI ваъда медиҳад, ки орзуи деринаи PIC-ҳои миқёспазирро амалӣ мекунад, ки бо муваффақият ва таъсири EIC мувофиқат мекунад. Кӯшишҳои идомаи тадқиқот ва рушд - ба монанди кӯшишҳо аз Платформаи раванди фотоникаи Нанкин ва Платформаи тарроҳии XiaoyaoTech - дар ташаккули ояндаи фотоникаи ҳамгирошуда ва кушодани имкониятҳои нав дар соҳаҳои технологӣ нақши муҳим хоҳанд дошт.
Вақти нашр: 18 июли соли 2025