ሊቲየም ኒዮባቴ በኢንሱሌተር (LNOI)፡ የፎቶኒክ የተቀናጁ ወረዳዎች እድገትን መንዳት

መግቢያ

በኤሌክትሮኒካዊ የተቀናጁ ወረዳዎች (EICs) ስኬት በመነሳሳት የፎቶኒክ የተቀናጁ ወረዳዎች (PICs) መስክ በ1969 ከተመሠረተበት ጊዜ ጀምሮ እየተሻሻለ መጥቷል። ሆኖም ከኢኢአይሲ በተለየ መልኩ የተለያዩ የፎቶኒክ አፕሊኬሽኖችን መደገፍ የሚችል ሁለንተናዊ መድረክ መፍጠር ትልቅ ፈተና ሆኖ ቀጥሏል። ይህ መጣጥፍ የሊቲየም ኒዮባቴ ኢንሱሌተር (LNOI) ቴክኖሎጂን ይዳስሳል፣ ይህም ለቀጣይ ትውልድ PICs በፍጥነት ተስፋ ሰጪ መፍትሄ ነው።

የ LNOI ቴክኖሎጂ እድገት

ሊቲየም ኒዮባቴ (ኤል ኤን) ለፎቶኒክ አፕሊኬሽኖች እንደ ቁልፍ ቁሳቁስ ከረጅም ጊዜ በፊት እውቅና አግኝቷል። ነገር ግን፣ ቀጭን ፊልም LNOI መምጣት እና የላቁ የፋብሪካ ቴክኒኮች ሙሉ አቅሙ ተከፍቷል። ተመራማሪዎች በ LNOI መድረኮች ላይ እጅግ በጣም ዝቅተኛ ኪሳራ ሪጅ ሞገድ እና እጅግ በጣም ከፍተኛ-ማይክሮ ሬዞናተሮችን በተሳካ ሁኔታ አሳይተዋል።

የ LNOI ቴክኖሎጂ ቁልፍ ጥቅሞች

• እጅግ በጣም ዝቅተኛ የኦፕቲካል ኪሳራ(እስከ 0.01 ዲቢቢ/ሴሜ ዝቅተኛ)
• ከፍተኛ ጥራት ያላቸው ናኖፎቶኒክ መዋቅሮች
• ለተለያዩ ያልተለመዱ የኦፕቲካል ሂደቶች ድጋፍ
• የተቀናጀ ኤሌክትሮ-ኦፕቲክ (ኢ.ኦ.ኦ) ማስተካከያ

በኤል.ኤን.ኦ.አይ ላይ የመስመር ላይ ያልሆኑ የኦፕቲካል ሂደቶች

በ LNOI መድረክ ላይ የተሰሩ ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸው ናኖፎቶኒክ መዋቅሮች ቁልፍ ያልሆኑ የኦፕቲካል ሂደቶችን በሚያስደንቅ ብቃት እና አነስተኛ የፓምፕ ሃይል እውን ለማድረግ ያስችላል። የታዩ ሂደቶች የሚከተሉትን ያካትታሉ:

• ሁለተኛ ሃርሞኒክ ትውልድ (SHG)
• ድምር ድግግሞሽ ትውልድ (SFG)
• የልዩነት ድግግሞሽ ትውልድ (DFG)
• ፓራሜትሪክ ዳውን-ልወጣ (PDC)
• ባለአራት ሞገድ ማደባለቅ (ኤፍ.ኤም.ኤም)

እነዚህን ሂደቶች ለማመቻቸት የተለያዩ የደረጃ-ማዛመጃ እቅዶች ተተግብረዋል፣ LNOI እንደ ከፍተኛ ሁለገብ ያልሆነ የመስመር ላይ ኦፕቲካል መድረክ።

ኤሌክትሮ-ኦፕቲካል ተስተካክለው የተዋሃዱ መሳሪያዎች

የኤል ኤንኦአይ ቴክኖሎጂ እንደሚከተሉት ያሉ በርካታ ንቁ እና ተገብሮ የሚስተካከሉ የፎቶኒክ መሳሪያዎችን መፍጠር አስችሏል።

• ባለከፍተኛ ፍጥነት ኦፕቲካል ሞጁሎች
• እንደገና ሊዋቀሩ የሚችሉ ሁለገብ ፒአይሲዎች
• ሊስተካከል የሚችል ድግግሞሽ ማበጠሪያዎች
• ማይክሮ-ኦፕቶሜካኒካል ምንጮች

እነዚህ መሳሪያዎች የብርሃን ምልክቶችን ትክክለኛ እና ከፍተኛ ፍጥነት ለመቆጣጠር የሊቲየም ኒዮባትን ውስጣዊ የኢኦ ባህሪያት ይጠቀማሉ።

የ LNOI ፎቶኒክስ ተግባራዊ መተግበሪያዎች

LNOI-based PICs አሁን ቁጥራቸው እየጨመረ በሚሄድ ተግባራዊ መተግበሪያዎች እየተወሰዱ ነው፣ ከእነዚህም ውስጥ፡-

• ማይክሮዌቭ ወደ ኦፕቲካል መቀየሪያዎች
• የጨረር ዳሳሾች
• ኦን-ቺፕ ስፔክቶሜትሮች
• የኦፕቲካል ድግግሞሽ ማበጠሪያዎች
• የላቀ የቴሌኮሙኒኬሽን ስርዓቶች

እነዚህ አፕሊኬሽኖች የLNOI አቅም ከጅምላ-ኦፕቲክ አካላት አፈጻጸም ጋር ለማዛመድ ያለውን አቅም ያሳያሉ፣በፎቶሊተግራፊያዊ ማምረቻ በኩል ሊለኩ የሚችሉ ሃይል ቆጣቢ መፍትሄዎችን ሲያቀርቡ።

ወቅታዊ ፈተናዎች እና የወደፊት አቅጣጫዎች

ምንም እንኳን ተስፋ ሰጪ መሻሻል ቢኖረውም ፣ LNOI ቴክኖሎጂ በርካታ ቴክኒካዊ መሰናክሎችን ያጋጥመዋል።

ሀ) የኦፕቲካል ኪሳራን የበለጠ መቀነስ
አሁን ያለው የሞገድ መመሪያ መጥፋት (0.01 ዲቢቢ/ሴሜ) አሁንም ከቁሳቁስ የመጠጣት ገደብ በላይ የሆነ የትልቅነት ቅደም ተከተል ነው። የወለል ንጣፎችን እና ከመምጠጥ ጋር የተያያዙ ጉድለቶችን ለመቀነስ በ ion-slicing ቴክኒኮች እና ናኖፋብሪቲሽን ውስጥ ያሉ እድገቶች ያስፈልጋሉ።

ለ) የተሻሻለ የ Waveguide ጂኦሜትሪ ቁጥጥር
ከ700 nm በታች የሞገድ መመሪያዎችን እና ንዑስ-2 ማይክሮን የማጣመጃ ክፍተቶችን መድገም መቻልን ሳያስቀሩ ወይም የስርጭት መጥፋትን ሳይጨምሩ ማንቃት ለከፍተኛ ውህደት ጥግግት ወሳኝ ነው።

ሐ) የመገጣጠም ውጤታማነትን ማሳደግ
የተለጠፉ ፋይበር እና ሁነታ መቀየሪያዎች ከፍተኛ የማጣመር ቅልጥፍናን ለማግኘት ሲረዱ፣ ፀረ-ነጸብራቅ ሽፋን የአየር-ቁስ በይነገጽ ነጸብራቆችን የበለጠ ይቀንሳል።

መ) ዝቅተኛ-ኪሳራ የፖላራይዜሽን አካላት እድገት
በኤል.ኤን.ኦአይ ላይ የፖላራይዜሽን-የማይሰሙ የፎቶኒክ መሳሪያዎች አስፈላጊ ናቸው፣ ከነጻ-ቦታ ፖላራይዘር አፈጻጸም ጋር የሚዛመዱ አካላትን ይፈልጋሉ።

ሠ) የመቆጣጠሪያ ኤሌክትሮኒክስ ውህደት
የኦፕቲካል አፈጻጸምን ሳይቀንስ መጠነ ሰፊ የመቆጣጠሪያ ኤሌክትሮኒክስን ውጤታማ በሆነ መንገድ ማዋሃድ ቁልፍ የምርምር አቅጣጫ ነው።

ረ) የላቀ ደረጃ ማዛመድ እና ስርጭት ምህንድስና
በንዑስ ማይክሮን ጥራት ላይ አስተማማኝ የጎራ ጥለት ማድረግ ለመስመር ላይ ላልሆኑ ኦፕቲክስ አስፈላጊ ነው ነገር ግን በኤልኤንኦአይ መድረክ ላይ ያልበሰለ ቴክኖሎጂ ነው።

ሰ) ለፋብሪካ ጉድለቶች ማካካሻ
በአካባቢያዊ ለውጦች ወይም በፈጠራ ልዩነቶች ምክንያት የሚፈጠሩ የደረጃ ፈረቃዎችን ለመቀነስ የሚረዱ ዘዴዎች ለገሃዱ ዓለም ማሰማራት አስፈላጊ ናቸው።

ሸ) ቀልጣፋ ባለብዙ-ቺፕ መጋጠሚያ
በበርካታ የኤል ኤንኦአይ ቺፖች መካከል ቀልጣፋ ማጣመርን ከአንድ-ዋፈር ውህደት ገደብ ለማለፍ አስፈላጊ ነው።

ሞኖሊቲክ የንቁ እና ተገብሮ አካላት ውህደት

የLNOI ፒአይሲዎች ዋና ተግዳሮት ወጪ ቆጣቢው የነቁ እና ተግባቢ አካላት ውህደት ነው፡-

• ሌዘር
• መርማሪዎች
• ቀጥተኛ ያልሆነ የሞገድ ርዝመት መቀየሪያዎች
• ሞዱላተሮች
• Multiplexers / Demultiplexers

አሁን ያሉት ስልቶች የሚከተሉትን ያካትታሉ:

ሀ) ion ዶፒንግ የ LNOI
የንቁ ionዎችን ወደ ተመረጡ ክልሎች መምረጥ ወደ ቺፕ ብርሃን ምንጮች ሊመራ ይችላል.

ለ) ትስስር እና የተለያዩ ውህደት;
ቅድመ-የተሰራ ተገብሮ LNOI ፒአይሲዎችን ከዶፔድ LNOI ንብርብሮች ወይም III-V lasers ጋር ማያያዝ አማራጭ መንገድን ይሰጣል።

ሐ) ድቅል ንቁ/ ተገብሮ LNOI ዋፈር ፋብሪካ፡-
ፈጠራ ያለው አካሄድ ion ከመቁረጥ በፊት ዶፔድ እና ያልተበረዘ የኤልኤን ዋይፈሮችን ማያያዝን ያካትታል፣ይህም የኤልኤንኦአይ ዋይፎችን ከሁለቱም ንቁ እና ተገብሮ።

ምስል 1አንድ ነጠላ የሊቶግራፊያዊ ሂደት የሁለቱም አይነት ክፍሎችን ያለምንም እንከን የለሽ አሰላለፍ እና ውህደት እንዲኖር የሚያስችል የድብልቅ የተቀናጁ ንቁ/ተሳቢ ፒአይሲዎችን ፅንሰ-ሀሳብ ያሳያል።

የ Photodetectors ውህደት

የፎቶ ዳሳሾችን ወደ LNOI-based PICs ማቀናጀት ወደ ሙሉ ለሙሉ ተግባራዊ ስርዓቶች ሌላው ወሳኝ እርምጃ ነው። ሁለት ዋና ዘዴዎች በምርመራ ላይ ናቸው-

ሀ) የተለያየ ውህደት;
ሴሚኮንዳክተር ናኖስትራክቸሮች በጊዜያዊነት ከLNOI ሞገድ መመሪያዎች ጋር ሊጣመሩ ይችላሉ። ሆኖም፣ የማወቂያ ቅልጥፍና እና የመጠን አቅም መሻሻሎች አሁንም ያስፈልጋሉ።

ለ) ቀጥተኛ ያልሆነ የሞገድ ርዝመት ለውጥ፡-
የኤል.ኤን.ን የመስመር ላይ ያልሆኑ ባህሪያት በሞገድ መመሪያዎች ውስጥ የድግግሞሽ ለውጥን ይፈቅዳሉ፣ ይህም የመደበኛ የሞገድ ርዝመት ምንም ይሁን ምን መደበኛ የሲሊኮን ፎቶ ጠቋሚዎችን መጠቀም ያስችላል።

ማጠቃለያ

የኤልኤንኦአይ ቴክኖሎጂ ፈጣን እድገት ኢንዱስትሪውን ሰፊ አፕሊኬሽኖችን ለማቅረብ ወደሚችል ሁለንተናዊ PIC መድረክ ያቀርበዋል። ያሉትን ተግዳሮቶች በመፍታት እና አዳዲስ ፈጠራዎችን በሞኖሊቲክ እና ዳሳሽ ውህደት ወደፊት በመግፋት LNOI ላይ የተመሰረቱ ፒአይሲዎች እንደ ቴሌኮሙኒኬሽን፣ ኳንተም መረጃ እና ዳሳሽ ያሉ መስኮችን የመቀየር አቅም አላቸው።

LNOI ከEICs ስኬት እና ተፅእኖ ጋር በማዛመድ የረዥም ጊዜ የቆዩትን ሊለኩ የሚችሉ ፒአይሲዎች የማሳካት ተስፋ አለው። እንደ ናንጂንግ ፎቶኒክስ ሂደት መድረክ እና የ XiaoyaoTech ዲዛይን መድረክ ያሉ ቀጣይ የተ&D ጥረቶች የወደፊት የተቀናጁ ፎቶኒኮችን በመቅረጽ እና በቴክኖሎጂ ጎራዎች ላይ አዳዲስ እድሎችን ለመክፈት ወሳኝ ይሆናሉ።