Bubuka
Diideuan ku kasuksésan sirkuit terpadu éléktronik (EICs), widang photonic integrated circuit (PICs) geus mekar saprak mimiti na di 1969. Tapi, teu saperti EICs, ngembangkeun platform universal sanggup ngarojong rupa-rupa aplikasi photonic tetep tantangan utama. Tulisan ieu ngajalajah téknologi Lithium Niobate on Insulator (LNOI) anu muncul, anu gancang janten solusi anu ngajangjikeun pikeun PIC generasi salajengna.
Kebangkitan LNOI Téhnologi
Litium niobate (LN) geus lila dipikawanoh salaku bahan konci pikeun aplikasi photonic. Sanajan kitu, ngan ku mecenghulna film ipis LNOI jeung téhnik fabrikasi canggih boga poténsi pinuh na geus dikonci. Panalungtik geus hasil nunjukkeun ultra-low-loss ridge waveguides jeung ultra-high-Q microresonators dina platform LNOI [1], nandaan hiji kabisat signifikan dina photonics terpadu.
Kaunggulan konci LNOI Téhnologi
- leungitna optik ultra-low(saeutikna 0,01 dB/cm)
- Struktur nanofotonik kualitas luhur
- Rojongan pikeun rupa-rupa prosés optik nonlinier
- Éléktrooptik terpadu (EO) tunability
Prosés optik nonlinier on LNOI
Struktur nanophotonic-kinerja tinggi dijieun dina platform LNOI ngaktifkeun realisasi prosés optik nonlinier konci kalayan efisiensi luar biasa tur kakuatan pompa minimal. Prosés anu ditunjukkeun kalebet:
- Generasi Harmonik Kadua (SHG)
- Jumlah Frékuénsi Generasi (SFG)
- Generasi Frékuénsi Béda (DFG)
- Paramétrik Turun-Konversi (PDC)
- Campuran Opat Gelombang (FWM)
Rupa-rupa skéma fase-cocog geus dilaksanakeun pikeun ngaoptimalkeun prosés ieu, ngadegkeun LNOI salaku platform optik nonlinier kacida serbaguna.
Alat Terpadu Éléktro-optik Tunable
Téknologi LNOI ogé parantos ngaktifkeun ngembangkeun rupa-rupa alat fotonik anu aktip sareng pasif, sapertos:
- modulators optik-speed tinggi
- PICs multifungsi anu tiasa dikonfigurasi deui
- Sisir frékuénsi Tunable
- Cinyusu mikro-optomekanis
Alat-alat ieu ngungkit sipat EO intrinsik litium niobate pikeun ngahontal kadali sinyal cahaya anu akurat sareng gancang.
Aplikasi Praktis LNOI Photonics
PICs berbasis LNOI ayeuna diadopsi dina sajumlah aplikasi praktis, kalebet:
- Konverter gelombang mikro-to-optik
- Sénsor optik
- spéktrométer on-chip
- Sisir frékuénsi optik
- Sistem telekomunikasi canggih
Aplikasi ieu nunjukkeun potensi LNOI pikeun nyocogkeun kinerja komponén bulk-optik, bari nawiskeun solusi scalable, hemat energi ngaliwatan fabrikasi photolithographic.
Tantangan Ayeuna sareng Arah Ka hareup
Sanaos kamajuan anu ngajangjikeun, téknologi LNOI nyanghareupan sababaraha halangan téknis:
a) Salajengna Ngurangan Loss optik
Leungitna waveguide ayeuna (0,01 dB/cm) masih mangrupa urutan gedena leuwih luhur ti wates nyerep bahan. Kamajuan dina téhnik ion-slicing jeung nanofabrication diperlukeun pikeun ngurangan roughness permukaan jeung defects patali nyerep.
b) Ningkat Waveguide Géométri Control
Aktipkeun pandu gelombang sub-700 nm sareng gap gandeng sub-2 μm tanpa ngorbankeun kaulangan atanapi ningkatkeun leungitna rambatan penting pisan pikeun kapadetan integrasi anu langkung luhur.
c) Ningkatkeun Efisiensi Gandeng
Bari serat tapered sarta converters mode mantuan ngahontal efisiensi gandeng tinggi, coatings anti pantulan salajengna tiasa mitigate reflections panganteur hawa-bahan.
d) Ngembangkeun Komponén Polarisasi Low-Loss
Alat fotonik anu teu peka polarisasi dina LNOI penting, ngabutuhkeun komponén anu cocog sareng kinerja polarizer rohangan bébas.
e) Integrasi Éléktronik Kontrol
Éféktif integrasi éléktronika kontrol skala badag tanpa ngahinakeun kinerja optik mangrupakeun arah panalungtikan konci.
f) Matching Phase Advanced jeung Téknik Dispersi
Pola domain anu dipercaya dina résolusi sub-mikron penting pisan pikeun optik nonlinier tapi tetep téknologi anu teu dewasa dina platform LNOI.
g) Santunan pikeun Cacat Fabrikasi
Téhnik pikeun ngirangan pergeseran fase anu disababkeun ku parobahan lingkungan atanapi variasi fabrikasi penting pisan pikeun panyebaran dunya nyata.
h) Efisien Multi-Chip gandeng
Ngarengsekeun gandeng efisien antara sababaraha chip LNOI perlu skala saluareun wates integrasi single-wafer.
Integrasi Monolithic komponén Aktif jeung Pasip
Tantangan inti pikeun LNOI PICs nyaéta integrasi monolitik anu épéktip tina komponén aktif sareng pasip sapertos:
- Lasers
- Detéktor
- Konverter panjang gelombang nonlinier
- Modulators
- Multiplexer / Demultiplexer
Strategi ayeuna kalebet:
a) Doping Ion LNOI:
Doping selektif ion aktip kana daérah anu ditunjuk tiasa nyababkeun sumber cahaya on-chip.
b) Beungkeutan jeung Integrasi Hétérogen:
Beungkeutan PICs LNOI pasip pre-fabricated kalawan lapisan LNOI doped atawa laser III-V nyadiakeun jalur alternatif.
c) Hybrid Active/Pasif LNOI Wafer Fabrikasi:
Hiji pendekatan inovatif ngalibatkeun beungkeutan doped na undoped LN wafers saméméh ion slicing, hasilna LNOI wafers kalawan duanana wewengkon aktif jeung pasif.
Gambar 1illustrates konsép hibrid terpadu aktip / PICs pasip, dimana hiji prosés lithographic tunggal ngamungkinkeun alignment mulus tur integrasi duanana jenis komponén.
Integrasi Photodetectors
Ngahijikeun photodetectors kana PICs basis LNOI mangrupakeun hambalan krusial séjén nuju sistem fungsi pinuh. Dua pendekatan primér anu ditalungtik:
a) Integrasi Hétérogen:
Struktur nano semikonduktor tiasa dihijikeun sacara sementara ka pandu gelombang LNOI. Tapi, perbaikan dina efisiensi deteksi sareng skalabilitas masih diperyogikeun.
b) Konversi Panjang Gelombang Nonlinier:
Sipat nonlinier LN ngamungkinkeun konvérsi frékuénsi dina pandu gelombang, ngamungkinkeun panggunaan potodetéktor silikon standar tanpa paduli panjang gelombang operasi.
kacindekan
Kamajuan gancang téknologi LNOI ngadeukeutkeun industri kana platform PIC universal anu sanggup ngalayanan sajumlah ageung aplikasi. Ku ngarengsekeun tangtangan anu aya sareng ngadorong inovasi dina integrasi monolitik sareng detektor, PIC berbasis LNOI gaduh poténsi pikeun ngarobihkeun widang sapertos telekomunikasi, inpormasi kuantum, sareng sensing.
LNOI nyepeng jangji pikeun minuhan visi lila-ngadeg PICs scalable, cocog kasuksésan sarta dampak EICs. Terus-terusan usaha R&D-sapertos ti Nanjing Photonics Process Platform sareng XiaoyaoTech Design Platform-bakal janten pivotal dina ngawangun masa depan fotonik terpadu sareng muka konci kamungkinan anyar dina domain téknologi.
waktos pos: Jul-18-2025