Кереш сүз
Электрон интеграль микросхемаларның (ЭИК) уңышларыннан илһамланып, фотоник интеграль микросхемалар (ФИК) өлкәсе 1969 елда барлыкка килгәннән бирле үсештә. Ләкин, ЭИКлардан аермалы буларак, төрле фотоник кушымталарны хуплый алырлык универсаль платформа эшләү зур проблема булып кала. Бу мәкаләдә киләсе буын ПИКлар өчен тиз арада өметле чишелешкә әйләнгән литий ниобаты изоляторы (ЛНОИ) технологиясе тикшерелә.
LNOI технологиясенең күтәрелеше
Литий ниобаты (LN) фотоник кушымталар өчен төп материал буларак күптәннән танылган. Ләкин, юка пленкалы LNOI һәм алдынгы җитештерү ысуллары барлыкка килү белән генә аның тулы потенциалы ачылды. Тикшеренүчеләр LNOI платформаларында ультра түбән югалтулы тау дулкын үткәргечләрен һәм ультра югары Q микрорезонаторларын уңышлы күрсәттеләр [1], бу интегральләштерелгән фотоника өлкәсендә зур сикереш булды.
LNOI технологиясенең төп өстенлекләре
- Оптик югалтуларның бик түбән булуы(0,01 дБ/см2 кадәр түбән)
- Югары сыйфатлы нанофотоник структуралар
- Төрле сызыклы булмаган оптик процессларны хуплау
- Интегральләштерелгән электро-оптик (EO) көйләүчәнлеге
LNOI'дагы сызыклы булмаган оптик процесслар
LNOI платформасында эшләнгән югары җитештерүчәнлекле нанофотоник структуралар төп сызыклы булмаган оптик процессларны гаҗәеп нәтиҗәлелек һәм минималь насос көче белән гамәлгә ашырырга мөмкинлек бирә. Күрсәтелгән процесслар арасында түбәндәгеләр бар:
- Икенче Гармоник Буын (SHG)
- Сумма ешлыгы генерациясе (SFG)
- Аерма ешлыгы генерациясе (DFG)
- Параметрик аска әйләндерү (PDC)
- Дүрт дулкынлы кушу (FWM)
Бу процессларны оптимальләштерү өчен төрле фаза туры китерү схемалары гамәлгә ашырылды, LNOI бик күп функцияле сызыклы булмаган оптик платформа буларак булдырылды.
Электроптик көйләнергә мөмкин булган интегральләштерелгән җайланмалар
LNOI технологиясе шулай ук актив һәм пассив көйләнерлек фотоник җайланмаларның киң спектрын эшләү мөмкинлеген бирде, мәсәлән:
- Югары тизлекле оптик модуляторлар
- Күп функцияле PICларны кабат конфигурацияләү
- Көйләнерлек ешлык тараклары
- Микро-оптомеханик пружина
Бу җайланмалар литий ниобатының эчке EO үзлекләрен файдаланып, яктылык сигналларын төгәл, югары тизлектә контрольдә тотарга ирешәләр.
LNOI фотоникасының гамәли кулланылышы
LNOI нигезендәге PICлар хәзерге вакытта гамәли кушымталар саны арта бара, шул исәптән:
- Микродулкынлыдан оптикага үзгәрткечләр
- Оптик сенсорлар
- Чиптагы спектрометрлар
- Оптик ешлык тараклары
- Алга киткән телекоммуникация системалары
Бу кушымталар LNOI-ның фотолитографик җитештерү аша масштабланырлык, энергияне нәтиҗәле кулланучы чишелешләр тәкъдим итү мөмкинлеген күрсәтә, шул ук вакытта күпләп оптик компонентларның эшчәнлегенә туры килә ала.
Хәзерге кыенлыклар һәм киләчәк юнәлешләр
Өметле алгарышка карамастан, LNOI технологиясе берничә техник киртәләр белән очраша:
а) Оптик югалтуларны тагын да киметү
Ток дулкынүткәргеч югалтуы (0,01 дБ/см) әле дә материалның сеңү чигеннән берничә тапкыр югарырак. Өслекнең тигезсезлеген һәм сеңү белән бәйле кимчелекләрне киметү өчен ион кисү техникасында һәм наноҗитештерүдә алга китеш кирәк.
б) Дулкын юнәлеше геометриясен контрольдә тотуны яхшырту
700 нм дан кимрәк дулкын үткәргечләрен һәм 2 мкм дан кимрәк тоташтыру араларын кабатланучанлыкны киметмичә яки таралу югалтуларын арттырмыйча эшләтеп җибәрү югарырак интеграция тыгызлыгы өчен бик мөһим.
в) Тоташтыру нәтиҗәлелеген арттыру
Конуссыман җепселләр һәм режим үзгәрткечләре югары тоташтыру нәтиҗәлелегенә ирешергә ярдәм итсә дә, чагылышка каршы каплаулар һава-материал интерфейсы чагылышларын тагын да киметергә мөмкин.
d) Түбән югалтулы поляризация компонентларын эшләү
LNOI'дагы поляризациягә сизгер булмаган фотоник җайланмалар бик мөһим, алар ирекле киңлек поляризаторларының эшчәнлегенә туры килә торган компонентларны таләп итә.
e) Идарә итү электроникасын интеграцияләү
Оптик күрсәткечләрне начарайтмыйча, зур күләмле идарә итү электроникасын нәтиҗәле интеграцияләү - төп тикшеренү юнәлеше.
f) Алдынгы фаза туры китерү һәм дисперсия инженериясе
Субмикрон чишелешендә ышанычлы домен үрнәкләре сызыклы булмаган оптика өчен бик мөһим, ләкин LNOI платформасында әле дә өлгермәгән технология булып кала.
g) Җитештерү җитешсезлекләре өчен компенсация
Әйләнә-тирә мохит үзгәрешләре яки җитештерүдәге үзгәрешләр аркасында килеп чыккан фаза күчешләрен киметү ысуллары реаль дөньяда урнаштыру өчен бик мөһим.
h) Нәтиҗәле күп чиплы тоташтыру
Бер пластиналы интеграция чикләреннән артып китү өчен берничә LNOI чипы арасындагы нәтиҗәле тоташуны хәл итү кирәк.
Актив һәм пассив компонентларның монолит интеграциясе
LNOI PICлары өчен төп кыенлык - актив һәм пассив компонентларны, мәсәлән, экономияле монолит интеграцияләү:
- Лазерлар
- Детекторлар
- Сызыклы булмаган дулкын озынлыгы үзгәрткечләре
- Модуляторлар
- Мультиплексорлар/Демультиплексорлар
Хәзерге стратегияләргә түбәндәгеләр керә:
а) LNOI ион легирлавы:
Актив ионнарны билгеләнгән өлкәләргә сайлап кушу чиптагы яктылык чыганакларына китерергә мөмкин.
б) Бәйләнеш һәм Гетероген Интеграллау:
Алдан ясалган пассив LNOI PICларын легирланган LNOI катламнары яки III-V лазерлары белән берләштерү альтернатив юл тәкъдим итә.
в) Гибрид актив/пассив LNOI пластиналарын җитештерү:
Инновацион алым ион кисү алдыннан легирланган һәм легирланмаган LN пластиналарын берләштерүне үз эченә ала, нәтиҗәдә актив һәм пассив өлкәләргә ия булган LNOI пластиналары барлыкка килә.
1 нче рәсемгибрид интеграцияләнгән актив/пассив PIC концепциясен күрсәтә, анда бердәм литографик процесс ике төр компонентны да тигезләү һәм интеграцияләү мөмкинлеген бирә.
Фотодетекторларны интеграцияләү
Фотодетекторларны LNOI нигезендәге PICларга интеграцияләү - тулы функциональ системаларга таба тагын бер мөһим адым. Ике төп ысул тикшерелә:
а) Гетероген интеграция:
Ярымүткәргеч наноструктураларны вакытлыча LNOI дулкын үткәргечләренә тоташтырырга мөмкин. Шулай да, детекторлау нәтиҗәлелеген һәм масштабланучанлыгын яхшырту кирәк.
б) Сызыклы булмаган дулкын озынлыгын үзгәртү:
LNның сызыклы булмаган үзлекләре дулкын үткәргечләр эчендә ешлыкны үзгәртү мөмкинлеген бирә, бу эш дулкын озынлыгына карамастан стандарт кремний фотодетекторларын куллану мөмкинлеген бирә.
Йомгак
LNOI технологиясенең тиз үсеше тармакны киң кушымталар даирәсенә хезмәт күрсәтә алырлык универсаль PIC платформасына якынайта. Гамәлдәге кыенлыкларны хәл итү һәм монолит һәм детектор интеграциясендә инновацияләрне алга этәрү аша, LNOI нигезендәге PICлар телекоммуникация, квант мәгълүматы һәм сизү кебек өлкәләрдә революция ясарга мөмкинлек бирә.
LNOI масштабланырлык PICларның күптәнге күзаллавын тормышка ашыру, EICларның уңышына һәм йогынтысына туры килү вәгъдәсен бирә. Nanki Photonics Process Platform һәм XiaoyaoTech Design Platform кебек фәнни-тикшеренү һәм эшләү тырышлыкларын дәвам итү интеграцияләнгән фотоника киләчәген формалаштыруда һәм технология өлкәләрендә яңа мөмкинлекләрне ачуда мөһим роль уйнаячак.
Бастырып чыгару вакыты: 2025 елның 18 июле