Муқаддима
Аз муваффақияти микросхемаҳои интегралӣ (EICs) илҳом гирифта, соҳаи микросхемаҳои интегралӣ фотоникӣ (PICs) аз замони таъсиси худ дар соли 1969 инкишоф ёфта истодааст. Аммо, бар хилофи EICs, таҳияи платформаи универсалӣ, ки қодир ба дастгирии барномаҳои гуногуни фотоникӣ мебошад, як мушкили асосӣ боқӣ мемонад. Ин мақола технологияи пайдошудаи Niobate Lithium on Insulator (LNOI)-ро меомӯзад, ки ба зудӣ як ҳалли умедбахш барои PIC-ҳои насли оянда шудааст.
Афзоиши технологияи LNOI
Ниобати литий (LN) кайҳо боз ҳамчун маводи калидӣ барои барномаҳои фотоникӣ эътироф шудааст. Бо вуҷуди ин, танҳо бо пайдоиши LNOI-плёнкаи тунук ва техникаи пешрафтаи истеҳсолот иқтидори пурраи он кушода шуд. Тадқиқотчиён дар платформаҳои LNOI мавҷҳои ултра-кам талафот ва микрорезонаторҳои ултра-баландро бомуваффақият намоиш доданд [1], ки ҷаҳиши назаррасро дар фотоникаи ҳамгирошуда нишон медиҳад.
Афзалиятҳои асосии технологияи LNOI
- Талафоти оптикии ултра паст(камтар аз 0,01 дБ/см)
- Сохторҳои баландсифати нанофотоникӣ
- Дастгирии равандҳои гуногуни оптикии ғайрихаттӣ
- Танзими ҳамгирошудаи электро-оптикӣ (EO).
Равандҳои оптикии ғайрихаттӣ дар LNOI
Сохторҳои нанофотоникии баландсифат, ки дар платформаи LNOI сохта шудаанд, имкон медиҳанд, ки равандҳои асосии оптикии ғайрихаттӣ бо самаранокии назаррас ва қувваи ҳадди ақали насос амалӣ карда шаванд. Равандҳои намоишшуда дар бар мегиранд:
- Насли дуюми гармонӣ (SHG)
- тавлиди басомади ҷамъ (SFG)
- Тавлиди басомади фарқият (DFG)
- Табдили параметрии поён (PDC)
- Омезиши чормавҷ (FWM)
Барои оптимизатсияи ин равандҳо схемаҳои мухталифи мувофиқати марҳилавӣ амалӣ карда шуданд, ки LNOI-ро ҳамчун платформаи оптикии ғайрихаттӣ бисёрҷониба таъсис медиҳанд.
Дастгоҳҳои интегратсионӣ ба электро-оптикӣ танзимшаванда
Технологияи LNOI инчунин имкон дод, ки доираи васеи дастгоҳҳои фотоникӣ танзимшавандаи фаъол ва ғайрифаъол, ба монанди:
- Модуляторҳои оптикии баландсуръат
- PIC-ҳои бисёрфунксионалии аз нав танзимшаванда
- Шонаҳои басомади танзимшаванда
- Чашмаҳои микро-оптомеханикӣ
Ин дастгоҳҳо хосиятҳои дохилии EO ниобати литийро барои ноил шудан ба назорати дақиқ ва баландсуръати сигналҳои рӯшноӣ истифода мебаранд.
Барномаҳои амалии LNOI Photonics
Ҳоло PIC-ҳои ба LNOI асосёфта дар шумораи афзояндаи барномаҳои амалӣ қабул карда мешаванд, аз ҷумла:
- Табдилдиҳандаҳои печи оптикӣ
- Сенсорҳои оптикӣ
- Спектрометрҳои чипӣ
- Шонаҳои басомади оптикӣ
- Системаҳои пешрафтаи телекоммуникатсионӣ
Ин барномаҳо потенсиали LNOI-ро барои мувофиқ кардани иҷрои ҷузъҳои оптикии оммавӣ нишон медиҳанд ва ҳамзамон ҳалли миқёспазир ва каммасраф тавассути сохтани фотолитографиро пешниҳод мекунанд.
Мушкилоти кунунӣ ва самтҳои оянда
Бо вуҷуди пешрафти умедбахши худ, технологияи LNOI бо якчанд монеаҳои техникӣ дучор меояд:
а) Минбаъд кам кардани талафоти оптикӣ
Талафоти мавҷҳои ҷорӣ (0,01 дБ/см) то ҳол аз ҳадди азхудкунии мавод як дараҷа баландтар аст. Пешрафтҳо дар усулҳои буридани ионҳо ва нанофабрика барои кам кардани ноҳамворӣ ва нуқсонҳои марбут ба азхудкунӣ заруранд.
б) Назорати геометрияи мавҷҳо такмил дода шудааст
Ба кор андохтани мавҷҳои зери-700 нм ва холигии пайвастшавии зер-2 мкм бе талафи такрорӣ ё афзоиши талафоти паҳншавӣ барои зичии баландтари ҳамгироӣ муҳим аст.
в) Баланд бардоштани самаранокии пайвастшавӣ
Дар ҳоле ки нахҳои конус ва табдилдиҳандаҳои режим ба ноил шудан ба самаранокии баланди пайвастшавӣ кӯмак мекунанд, пӯшишҳои зидди инъикос метавонанд боз ҳам инъикоси интерфейси ҳаворо коҳиш диҳанд.
г) Таҳияи ҷузъҳои поляризатсияи кам талафот
Дастгоҳҳои фотоникӣ ба поляризатсия ҳассос дар LNOI муҳиманд ва ҷузъҳоеро талаб мекунанд, ки ба кори поляризаторҳои фазои озод мувофиқат кунанд.
д) Интегратсияи электроникаи идоракунӣ
Самаранок муттаҳид кардани электроникаи калони назоратӣ бе паст кардани сифати оптикӣ самти асосии тадқиқот мебошад.
е) Мутобиқсозии марҳилаи пешрафта ва муҳандисии дисперсия
Намунаи боэътимоди домен дар ҳалли зермикронӣ барои оптикаи ғайрихаттӣ муҳим аст, аммо дар платформаи LNOI технологияи беқувват боқӣ мемонад.
ж) ҷуброни камбудиҳои истеҳсолӣ
Усулҳои коҳиш додани тағиротҳои марҳилавӣ, ки дар натиҷаи тағирёбии муҳити зист ё ихтилофоти истеҳсолӣ ба вуҷуд меоянд, барои густариши воқеии ҷаҳон муҳиманд.
з) Пайвасткунии самараноки бисёрсоҳавӣ
Баррасии пайвастагии муассир байни микросхемаҳои сершумори LNOI барои миқёси фаротар аз ҳудуди интегратсияи якваффер зарур аст.
Интегратсияи монолитии ҷузъҳои фаъол ва ғайрифаъол
Мушкилоти асосӣ барои PICs LNOI ин ҳамгироии монолитии камхарҷи ҷузъҳои фаъол ва ғайрифаъол аст, ба монанди:
- Лазерҳо
- Детекторҳо
- Табдилдиҳандаҳои дарозии мавҷҳои ғайрихаттӣ
- Модуляторҳо
- Мультиплексерҳо/Демультиплексерҳо
Стратегияҳои ҷорӣ дар бар мегиранд:
а) Допинги ионии LNOI:
Допинги интихобшудаи ионҳои фаъол ба минтақаҳои таъиншуда метавонад ба манбаъҳои нур дар чип оварда расонад.
б) Пайвастшавӣ ва интегратсияи гетерогенӣ:
Пайваст кардани PIC-ҳои пассивии LNOI-и қаблан сохташуда бо қабатҳои LNOI ё лазерҳои III-V роҳи алтернативӣ фароҳам меорад.
в) Истеҳсоли вафли гибридии фаъол/пассивии LNOI:
Равиши инноватсионӣ пайваст кардани вафли LN-ро пеш аз буридани ион дар бар мегирад, ки дар натиҷа вафли LNOI ҳам минтақаҳои фаъол ва ҳам ғайрифаъол мешаванд.
Расми 1консепсияи гибридии ҳамгирошудаи PIC-ҳои фаъол/фаъолро нишон медиҳад, ки дар он як раванди ягонаи литографӣ ҳамоҳангсозӣ ва ҳамгироии ҳарду намуди ҷузъҳоро имкон медиҳад.
Интегратсияи фотодетекторҳо
Интегратсияи фотодетекторҳо ба PIC-ҳои ба LNOI асосёфта боз як қадами муҳим дар самти системаҳои пурра функсионалӣ мебошад. Ду равиши асосӣ мавриди таҳқиқ қарор доранд:
а) Интегратсияи гетерогенӣ:
Наноструктураи нимноқилҳо метавонанд ба таври муваққатӣ бо мавҷҳои LNOI пайваст карда шаванд. Бо вуҷуди ин, такмилдиҳии самаранокии ошкоркунӣ ва миқёспазирӣ ҳанӯз ҳам талаб карда мешавад.
б) Табдили дарозии мавҷҳои ғайрихаттӣ:
Хусусиятҳои ғайрихаттии LN имкон медиҳанд, ки басомадҳо дар дохили мавҷҳо табдил дода шаванд, ки новобаста аз дарозии мавҷ истифода бурдани фотодетекторҳои кремнийи стандартиро фароҳам меорад.
Хулоса
Пешрафти босуръати технологияи LNOI саноатро ба платформаи универсалии PIC, ки қодир аст ба доираи васеи барномаҳо хидмат расонад, наздик мекунад. Бо ҳалли мушкилоти мавҷуда ва пешбурди навовариҳо дар ҳамгироии монолитӣ ва детекторҳо, PIC-ҳои ба LNOI асосёфта имкон доранд, ки дар соҳаҳои телекоммуникатсия, иттилооти квантӣ ва ҳассос инқилоб кунанд.
LNOI ваъда медиҳад, ки биниши деринаи PIC-ҳои миқёспазирро иҷро мекунад, ки ба муваффақият ва таъсири EIC мувофиқат мекунад. Кӯшишҳои идомаи тадқиқоти илмӣ-таҳқиқотӣ, ба монанди онҳое, ки аз Платформаи равандҳои фотоникаи Нанҷинг ва Платформаи тарроҳии XiaoyaoTech - дар ташаккули ояндаи фотоникаи ҳамгирошуда ва кушодани имкониятҳои нав дар соҳаҳои технологӣ муҳим хоҳанд буд.
Вақти фиристодан: июл-18-2025