ແນະນຳ
ໄດ້ຮັບການດົນໃຈຈາກຄວາມສໍາເລັດຂອງວົງຈອນປະສົມປະສານເອເລັກໂຕຣນິກ (EICs), ພາກສະຫນາມຂອງວົງຈອນປະສົມປະສານ photonic (PICs) ໄດ້ຖືກພັດທະນານັບຕັ້ງແຕ່ການເລີ່ມຕົ້ນຂອງຕົນໃນປີ 1969. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ບໍ່ເຫມືອນກັບ EICs, ການພັດທະນາເວທີສາກົນທີ່ສາມາດສະຫນັບສະຫນູນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ photonic ຫຼາກຫຼາຍຊະນິດຍັງຄົງເປັນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ສໍາຄັນ. ບົດຄວາມນີ້ຄົ້ນຫາເຕັກໂນໂລຊີ Lithium Niobate ກ່ຽວກັບ Insulator (LNOI) ທີ່ພົ້ນເດັ່ນຂື້ນ, ເຊິ່ງໄດ້ຢ່າງວ່ອງໄວກາຍເປັນການແກ້ໄຂທີ່ມີຊື່ສຽງສໍາລັບ PICs ລຸ້ນຕໍ່ໄປ.
ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງເຕັກໂນໂລຊີ LNOI
Lithium niobate (LN) ໄດ້ຮັບການຍອມຮັບມາດົນແລ້ວວ່າເປັນວັດສະດຸທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ photonic. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ພຽງແຕ່ມີການມາເຖິງຂອງ LNOI ຮູບເງົາບາງໆແລະເຕັກນິກການຜະລິດແບບພິເສດທີ່ມີທ່າແຮງອັນເຕັມທີ່ຂອງມັນໄດ້ຖືກປົດລັອກ. ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຜົນສໍາເລັດຂອງ waveguides ultra-low-loss ridges ແລະ ultra-high-Q microresonators ເທິງເວທີ LNOI [1], marks a lemp ທີ່ສໍາຄັນໃນ photonics ປະສົມປະສານ.
ຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ສໍາຄັນຂອງເຕັກໂນໂລຊີ LNOI
- ການສູນເສຍ optical ຕ່ໍາສຸດ(ຕໍ່າສຸດ 0.01 dB/cm)
- ໂຄງສ້າງ nanophotonic ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ
- ສະຫນັບສະຫນູນຂະບວນການ optical nonlinear ຫຼາກຫຼາຍຊະນິດ
- ການປັບປ່ຽນແບບປະສົມປະສານຂອງ electro-optic (EO).
ຂະບວນການ Optical ທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນຢູ່ LNOI
ໂຄງສ້າງ nanophotonic ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງທີ່ຜະລິດຢູ່ໃນແພລະຕະຟອມ LNOI ຊ່ວຍໃຫ້ຂະບວນການ optical nonlinear ທີ່ແທ້ຈິງມີປະສິດຕິພາບທີ່ໂດດເດັ່ນແລະພະລັງງານປັ໊ມຫນ້ອຍທີ່ສຸດ. ຂະບວນການສະແດງໃຫ້ເຫັນປະກອບມີ:
- ການຜະລິດຮາໂມນິກທີສອງ (SHG)
- ການຜະລິດຄວາມຖີ່ລວມ (SFG)
- ຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງການຜະລິດຄວາມຖີ່ (DFG)
- Parametric Down-Conversion (PDC)
- ການປະສົມສີ່ຄື້ນ (FWM)
ໂຄງການຈັບຄູ່ໄລຍະຕ່າງໆໄດ້ຖືກປະຕິບັດເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບຂະບວນການເຫຼົ່ານີ້, ສ້າງຕັ້ງ LNOI ເປັນແພລະຕະຟອມ optical nonlinear ທີ່ມີຄວາມຫລາກຫລາຍສູງ.
ອຸປະກອນປະສົມປະສານ Electro-Optically Tunable
ເທກໂນໂລຍີ LNOI ຍັງໄດ້ເປີດໃຊ້ການພັດທະນາຂອງອຸປະກອນ photonic tunable ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວແລະຕົວຕັ້ງຕົວຕີທີ່ກວ້າງຂວາງ, ເຊັ່ນ:
- Modulator optical ຄວາມໄວສູງ
- PICs multifunctional ທີ່ສາມາດປັບຕັ້ງຄ່າໄດ້
- combs ຄວາມຖີ່ທີ່ສາມາດປັບໄດ້
- ນ້ຳພຸ Micro-optomechanical
ອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ໃຊ້ຄຸນສົມບັດ EO ພາຍໃນຂອງ lithium niobate ເພື່ອບັນລຸການຄວບຄຸມຄວາມໄວສູງຂອງສັນຍານແສງສະຫວ່າງທີ່ຊັດເຈນ.
ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກພາກປະຕິບັດຂອງ LNOI Photonics
PICs ທີ່ອີງໃສ່ LNOI ໄດ້ຖືກຮັບຮອງເອົາໃນຈໍານວນການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກພາກປະຕິບັດ, ລວມທັງ:
- ຕົວປ່ຽນໄມໂຄເວຟຫາແສງ
- ເຊັນເຊີ optical
- on-chip spectrometers
- combs ຄວາມຖີ່ optical
- ລະບົບໂທລະຄົມມະນາຄົມຂັ້ນສູງ
ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກເຫຼົ່ານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນທ່າແຮງຂອງ LNOI ທີ່ຈະກົງກັບການປະຕິບັດຂອງອົງປະກອບ optic bulk, ໃນຂະນະທີ່ສະເຫນີການແກ້ໄຂທີ່ມີຂະຫນາດ, ປະສິດທິພາບພະລັງງານໂດຍຜ່ານການຜະລິດ photolithographic.
ສິ່ງທ້າທາຍໃນປະຈຸບັນແລະທິດທາງໃນອະນາຄົດ
ເຖິງວ່າຈະມີຄວາມຄືບຫນ້າທີ່ດີ, ເຕັກໂນໂລຊີ LNOI ປະເຊີນກັບອຸປະສັກດ້ານວິຊາການຫຼາຍ:
a) ການຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍ Optical ຕື່ມອີກ
ການສູນເສຍ waveguide ໃນປະຈຸບັນ (0.01 dB/cm) ແມ່ນຍັງເປັນຄໍາສັ່ງຂອງຂະຫນາດສູງກ່ວາກໍານົດການດູດຊຶມອຸປະກອນການ. ຄວາມກ້າວຫນ້າໃນເຕັກນິກການຕັດ ion-slicing ແລະ nanofabrication ແມ່ນຈໍາເປັນເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຫຍາບຂອງຫນ້າດິນແລະຂໍ້ບົກພ່ອງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການດູດຊຶມ.
b) ການປັບປຸງການຄວບຄຸມ Geometry Waveguide
ການເຮັດໃຫ້ sub-700 nm waveguides ແລະ sub-2 μm coupling ຊ່ອງຫວ່າງໂດຍບໍ່ມີການເສຍສະລະການຊ້ໍາກັນຫຼືການເພີ່ມການສູນເສຍການຂະຫຍາຍພັນແມ່ນສໍາຄັນຕໍ່ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການເຊື່ອມໂຍງທີ່ສູງຂຶ້ນ.
c) ເສີມຂະຫຍາຍປະສິດທິພາບການເຊື່ອມ
ໃນຂະນະທີ່ເສັ້ນໃຍ tapered ແລະຕົວແປງຮູບແບບຊ່ວຍໃຫ້ບັນລຸປະສິດທິພາບການເຊື່ອມສູງ, ການເຄືອບຕ້ານການສະທ້ອນສາມາດຫຼຸດຜ່ອນການສະທ້ອນຂອງການໂຕ້ຕອບຂອງວັດສະດຸທາງອາກາດ.
d) ການພັດທະນາອົງປະກອບ Polarization ການສູນເສຍຕ່ໍາ
ອຸປະກອນໂຟໂຕນິກທີ່ບໍ່ອ່ອນໄຫວດ້ານຂົ້ວໂລກໃນ LNOI ເປັນສິ່ງຈໍາເປັນ, ຕ້ອງມີອົງປະກອບທີ່ກົງກັບການປະຕິບັດຂອງຂົ້ວພື້ນທີ່ຫວ່າງ.
e) ການປະສົມປະສານຂອງການຄວບຄຸມເອເລັກໂຕຣນິກ
ການລວມເອົາອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກຄວບຄຸມຂະຫນາດໃຫຍ່ຢ່າງມີປະສິດທິພາບໂດຍບໍ່ມີການຫຼຸດລົງປະສິດທິພາບ optical ແມ່ນທິດທາງການຄົ້ນຄວ້າທີ່ສໍາຄັນ.
f) Advanced Phase Matching and Dispersion Engineering
ການສ້າງຮູບແບບໂດເມນທີ່ເຊື່ອຖືໄດ້ຢູ່ທີ່ຄວາມລະອຽດຍ່ອຍ micron ແມ່ນສໍາຄັນສໍາລັບ optics nonlinear ແຕ່ຍັງຄົງເປັນເຕັກໂນໂລຢີທີ່ຍັງອ່ອນຢູ່ໃນເວທີ LNOI.
g) ການຊົດເຊີຍສໍາລັບຄວາມບົກຜ່ອງ Fabrication
ເຕັກນິກເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການປ່ຽນແປງໄລຍະທີ່ເກີດຈາກການປ່ຽນແປງຂອງສະພາບແວດລ້ອມຫຼືຄວາມແຕກຕ່າງກັນ fabrication ແມ່ນມີຄວາມຈໍາເປັນສໍາລັບການນໍາໃຊ້ຕົວຈິງໃນໂລກ.
h) Coupling ຫຼາຍຊິບປະສິດທິພາບ
ການແກ້ໄຂການເຊື່ອມສານປະສິດຕິພາບລະຫວ່າງຊິບ LNOI ຫຼາຍອັນແມ່ນມີຄວາມຈໍາເປັນເພື່ອຂະຫຍາຍຂອບເຂດຈໍາກັດການລວມຕົວແບບດຽວ.
ການປະສົມປະສານ Monolithic ຂອງອົງປະກອບທີ່ຫ້າວຫັນແລະຕົວຕັ້ງຕົວຕີ
ສິ່ງທ້າທາຍຫຼັກສໍາລັບ LNOI PICs ແມ່ນການເຊື່ອມໂຍງແບບ monolithic ທີ່ມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທີ່ມີປະສິດທິພາບຂອງອົງປະກອບທີ່ຫ້າວຫັນແລະຕົວຕັ້ງຕົວຕີເຊັ່ນ:
- ເລເຊີ
- ເຄື່ອງກວດຈັບ
- ຕົວປ່ຽນ wavelength nonlinear
- Modulators
- Multiplexers/Demultiplexers
ຍຸດທະສາດໃນປະຈຸບັນປະກອບມີ:
a) ຝຸ່ນ Ion ຂອງ LNOI:
ການເລືອກ doping ຂອງ ion ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວເຂົ້າໄປໃນພາກພື້ນທີ່ກໍານົດສາມາດນໍາໄປສູ່ແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງໃນຊິບ.
b) ຄວາມຜູກພັນແລະການລວມຕົວແບບ heterogeneous:
ການຜູກມັດທາງສ່ວນຫນ້າຂອງ LNOI PICs passive passive ກັບຊັ້ນ LNOI doped ຫຼື lasers III-V ສະຫນອງເສັ້ນທາງທາງເລືອກ.
c) Hybrid Active/Passive LNOI Wafer Fabrication:
ວິທີການປະດິດສ້າງກ່ຽວຂ້ອງກັບການຜູກມັດ wafers LN doped ແລະ undoped ກ່ອນທີ່ຈະ slicing ion, ສົ່ງຜົນໃຫ້ LNOI wafers ມີທັງພາກພື້ນທີ່ຫ້າວຫັນແລະ passive.
ຮູບທີ 1ສະແດງໃຫ້ເຫັນແນວຄວາມຄິດຂອງ PICs active/passive ປະສົມປະສານແບບປະສົມ, ບ່ອນທີ່ຂະບວນການ lithographic ດຽວເຮັດໃຫ້ການສອດຄ່ອງ seamless ແລະປະສົມປະສານຂອງທັງສອງປະເພດຂອງອົງປະກອບ.
ການປະສົມປະສານຂອງເຄື່ອງກວດຈັບພາບ
ການລວມຕົວເຄື່ອງກວດຈັບພາບເຂົ້າໄປໃນ PIC ທີ່ອີງໃສ່ LNOI ແມ່ນອີກບາດກ້າວໜຶ່ງທີ່ສຳຄັນຕໍ່ກັບລະບົບທີ່ເຮັດວຽກໄດ້ເຕັມຮູບແບບ. ສອງວິທີການຕົ້ນຕໍແມ່ນຢູ່ພາຍໃຕ້ການສືບສວນ:
ກ) ການລວມຕົວແບບດຽວກັນ:
semiconductor nanostructures ສາມາດໄດ້ຮັບການປະສົມຊົ່ວຄາວກັບ LNOI waveguides. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການປັບປຸງປະສິດທິພາບການຊອກຄົ້ນຫາແລະການຂະຫຍາຍແມ່ນຍັງຕ້ອງການ.
b) ການແປງຄື້ນທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນຊື່:
ຄຸນສົມບັດທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນຊື່ຂອງ LN ອະນຸຍາດໃຫ້ມີການແປງຄວາມຖີ່ພາຍໃນ waveguides, ເຮັດໃຫ້ການນໍາໃຊ້ຂອງມາດຕະຖານ silicon photodetectors ໂດຍບໍ່ຄໍານຶງເຖິງຄວາມຍາວ wavelength ປະຕິບັດງານ.
ສະຫຼຸບ
ຄວາມກ້າວຫນ້າຢ່າງໄວວາຂອງເຕັກໂນໂລຢີ LNOI ເຮັດໃຫ້ອຸດສາຫະກໍາໃກ້ຊິດກັບແພລະຕະຟອມ PIC ທົ່ວໄປທີ່ສາມາດໃຫ້ບໍລິການຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຢ່າງກວ້າງຂວາງ. ໂດຍການແກ້ໄຂສິ່ງທ້າທາຍທີ່ມີຢູ່ແລ້ວແລະຊຸກຍູ້ການປະດິດສ້າງໃນການເຊື່ອມໂຍງແບບ monolithic ແລະເຄື່ອງກວດຈັບ, PICs ທີ່ອີງໃສ່ LNOI ມີທ່າແຮງທີ່ຈະປະຕິວັດໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ໂທລະຄົມ, ຂໍ້ມູນ quantum, ແລະການຮັບຮູ້.
LNOI ຖືສັນຍາທີ່ຈະປະຕິບັດວິໄສທັດອັນຍາວນານຂອງ PICs ທີ່ສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້, ກົງກັບຜົນສໍາເລັດແລະຜົນກະທົບຂອງ EICs. ຄວາມພະຍາຍາມ R&D ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ - ເຊັ່ນວ່າມາຈາກເວທີ Nanjing Photonics Process ແລະ XiaoyaoTech Design Platform - ຈະເປັນຈຸດສໍາຄັນໃນການສ້າງອະນາຄົດຂອງ photonics ປະສົມປະສານແລະປົດລັອກຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃຫມ່ໃນທົ່ວໂດເມນເຕັກໂນໂລຢີ.
ເວລາປະກາດ: ກໍລະກົດ-18-2025