Entwodiksyon
Enpire pa siksè sikui entegre elektwonik yo (EIC), domèn sikui entegre fotonik yo (PIC) ap evolye depi kreyasyon li an 1969. Sepandan, kontrèman ak EIC yo, devlopman yon platfòm inivèsèl ki kapab sipòte divès aplikasyon fotonik rete yon gwo defi. Atik sa a eksplore teknoloji émergentes Lithium Niobate on Insulator (LNOI), ki rapidman vin tounen yon solisyon pwomèt pou PIC pwochen jenerasyon an.
Monte nan Teknoloji LNOI a
Yo rekonèt niobat lityòm (LN) depi lontan kòm yon materyèl kle pou aplikasyon fotonik. Sepandan, se sèlman avèk avenman LNOI fim mens ak teknik fabrikasyon avanse yo ki te pèmèt tout potansyèl li vin disponib. Chèchè yo te demontre avèk siksè gid vag krèt ki gen pèt ultra ba ak mikrorezonatè ki gen Q ultra wo sou platfòm LNOI [1], sa ki make yon gwo pwogrè nan fotonik entegre.
Avantaj kle nan teknoloji LNOI
- Pèt optik ultra-ba(osi ba ke 0.01 dB/cm)
- Estrikti nanofotonik kalite siperyè
- Sipò pou divès pwosesis optik nonlineyè
- Entegrasyon reglabl elektwo-optik (EO)
Pwosesis Optik Non Lineyè sou LNOI
Estrikti nanofotonik pèfòmans segondè ki fabrike sou platfòm LNOI a pèmèt realizasyon pwosesis optik nonlineyè kle yo avèk efikasite remakab ak yon puisans ponp minimòm. Pwosesis demontre yo enkli:
- Dezyèm Jenerasyon Amonik (SHG)
- Jenerasyon Frekans Sòm (SFG)
- Jenerasyon Frekans Diferans (DFG)
- Konvèsyon Parametrik Desann (PDC)
- Melanj Kat Vag (FWM)
Yo te aplike plizyè sistèm matche faz pou optimize pwosesis sa yo, sa ki etabli LNOI kòm yon platfòm optik non lineyè trè versatile.
Aparèy Entegre Elektwo-Optikman Reglabl
Teknoloji LNOI pèmèt tou devlopman yon pakèt aparèy fotonik aktif ak pasif reglabl, tankou:
- Modilatè optik gwo vitès
- PIC miltifonksyonèl rekonfigurab
- Penyen frekans reglabl
- Sous dlo mikwo-optomekanik
Aparèy sa yo itilize pwopriyete EO intrinsèk niobat ityòm pou reyalize yon kontwòl presi ak rapid sou siyal limyè yo.
Aplikasyon pratik fotonik LNOI yo
Kounye a, yo ap adopte PIC ki baze sou LNOI nan yon kantite k ap grandi nan aplikasyon pratik, tankou:
- Konvètisè mikwo ond-optik
- Capteur optik
- Espèktromèt sou chip
- Peny frekans optik
- Sistèm telekominikasyon avanse
Aplikasyon sa yo demontre potansyèl LNOI pou matche ak pèfòmans konpozan optik an gwo, tout pandan y ap ofri solisyon évolutif ak efikas nan domèn enèji atravè fabrikasyon fotolitografik.
Defi aktyèl yo ak direksyon pou lavni
Malgre pwogrè pwomèt li yo, teknoloji LNOI a fè fas ak plizyè obstak teknik:
a) Plis Rediksyon Pèt Optik
Pèt gid ond aktyèl la (0.01 dB/cm) toujou yon lòd mayitid pi wo pase limit absòpsyon materyèl la. Avansman nan teknik tranche iyon ak nanofabrikasyon nesesè pou diminye aspè brital sifas la ak domaj ki gen rapò ak absòpsyon an.
b) Kontwòl Jeyometri Gid Vag Amelyore
Pèmèt gid ond sub-700 nm ak espas kouplaj sub-2 μm san sakrifye repetabilite oswa ogmante pèt pwopagasyon enpòtan anpil pou yon dansite entegrasyon ki pi wo.
c) Amelyore Efikasite Kouplaj
Pandan ke fib konik ak konvètisè mòd ede reyalize yon efikasite kouplaj ki wo, kouch anti-refleksyon ka plis diminye refleksyon entèfas lè-materyèl.
d) Devlopman Konpozan Polarizasyon ki Pèt Ba
Aparèy fotonik ki pa sansib a polarizasyon sou LNOI yo esansyèl, sa ki mande konpozan ki koresponn ak pèfòmans polarizè espas lib yo.
e) Entegrasyon Elektwonik Kontwòl
Entegre efektivman elektwonik kontwòl gwo echèl san degrade pèfòmans optik se yon direksyon rechèch kle.
f) Jeni Avanse pou Matche Faz ak Dispèsyon
Modèl domèn serye nan rezolisyon sub-mikron enpòtan anpil pou optik non lineyè men li rete yon teknoloji ki poko devlope sou platfòm LNOI a.
g) Konpansasyon pou Defo Fabrikasyon
Teknik pou diminye chanjman faz ki koze pa chanjman anviwònman oswa varyans fabrikasyon yo esansyèl pou deplwaman nan mond reyèl la.
h) Kouplaj Milti-Chip Efikas
Li nesesè pou adrese kouplaj efikas ant plizyè chip LNOI pou ogmante pi lwen pase limit entegrasyon yon sèl wafer.
Entegrasyon Monolitik Konpozan Aktif ak Pasif yo
Yon gwo defi pou LNOI PIC yo se entegrasyon monolitik pri-efikas nan konpozan aktif ak pasif tankou:
- Lazè
- Detektè
- Konvètisè longèdonn nonlineyè
- Modilatè
- Miltipleksè/Demultipleksè
Estrateji aktyèl yo enkli:
a) Dopaj Iyon LNOI a:
Dopan selektif iyon aktif yo nan rejyon deziyen ka mennen nan sous limyè sou chip.
b) Lyezon ak Entegrasyon Eterojèn:
Kole PIC LNOI pasif prefabrike ak kouch LNOI dope oswa lazè III-V bay yon chemen altènatif.
c) Fabrikasyon wafer LNOI ibrid aktif/pasif:
Yon apwòch inovatè enplike lyezon tranch LN dope ak san dope anvan tranchaj iyon, sa ki bay tranch LNOI ak rejyon aktif ak pasif.
Figi 1ilistre konsèp PIC aktif/pasif entegre ibrid yo, kote yon sèl pwosesis litografik pèmèt aliyman ak entegrasyon san pwoblèm nan tou de kalite konpozan yo.
Entegrasyon Fotodetektè yo
Entegrasyon fotodetektè nan PIC ki baze sou LNOI se yon lòt etap enpòtan pou sistèm ki fonksyone nèt. Gen de apwòch prensipal anba envestigasyon:
a) Entegrasyon eterogèn:
Yo ka konekte estrikti nano semi-kondiktè yo ak gid vag LNOI yo yon fason tanporè. Sepandan, amelyorasyon nan efikasite deteksyon ak évolutivité toujou nesesè.
b) Konvèsyon longèdonn non lineyè:
Pwopriyete non lineyè LN yo pèmèt konvèsyon frekans nan gid ond yo, sa ki pèmèt itilizasyon fotodetektè silikon estanda kèlkeswa longèdonn fonksyònman an.
Konklizyon
Avansman rapid teknoloji LNOI a pèmèt endistri a vin pi pre yon platfòm PIC inivèsèl ki kapab sèvi yon pakèt aplikasyon. Lè yo adrese defi ki deja egziste yo epi pouse inovasyon nan entegrasyon monolitik ak detektè, PIC ki baze sou LNOI yo gen potansyèl pou revolisyone domèn tankou telekominikasyon, enfòmasyon kwantik, ak deteksyon.
LNOI pwomèt pou l reyalize vizyon ki la depi lontan pou PIC évolutif yo, pou l egalize siksè ak enpak EIC yo. Efò kontinyèl nan rechèch ak devlopman—tankou sa yo ki soti nan Platfòm Pwosesis Fotonik Nanjing ak Platfòm Konsepsyon XiaoyaoTech—pral esansyèl nan mete an plas lavni fotonik entegre a epi debloke nouvo posiblite nan tout domèn teknolojik yo.
Dat piblikasyon: 18 Jiyè 2025