ליטהיום ניאָבאַט אויף ינסולאַטאָר (LNOI): דרייווינג די אַדוואַנסמאַנט פון פאָטאָניק ינטאַגרייטאַד סערקאַץ

הקדמה

אינספּירירט דורך דעם ערפאָלג פון עלעקטראָנישע אינטעגרירטע קרייזן (EICs), האָט זיך דער פעלד פון פאָטאָנישע אינטעגרירטע קרייזן (PICs) אַנטוויקלט זינט זיין אָנהייב אין 1969. אָבער, ניט ווי EICs, בלייבט די אַנטוויקלונג פון אַן אוניווערסאַלער פּלאַטפאָרמע וואָס איז טויגיק צו שטיצן פֿאַרשידענע פאָטאָנישע אַפּליקאַציעס אַ גרויסע אַרויסרופן. דער אַרטיקל באַהאַנדלט די אויפֿקומענדיקע ליטהיום ניאָבאַט אויף איזאָלאַטאָר (LNOI) טעכנאָלאָגיע, וואָס איז שנעל געוואָרן אַ פּראָמיסינג לייזונג פֿאַר די קומענדיקע דור PICs.

דער אויפשטייג פון LNOI טעכנאָלאָגיע

ליטיום ניאָבאַט (LN) איז לאַנג אנערקענט געוואָרן ווי אַ שליסל מאַטעריאַל פֿאַר פאָטאָניק אַפּליקאַציעס. אָבער, ערשט מיטן אויפקום פון דין-פילם LNOI און אַוואַנסירטע פאַבריקאַציע טעקניקס איז זיין פול פּאָטענציאַל אַנטפּלעקט געוואָרן. פאָרשער האָבן הצלחה דעמאָנסטרירט גאָר נידעריק-פאַרלוסט רידזש כוואַליעגיידס און גאָר הויך-Q מיקראָרעזאָנאַטאָרס אויף LNOI פּלאַטפאָרמעס [1], וואָס מאַרקירט אַ באַטייטיקן שפּרונג אין אינטעגרירטע פאָטאָניק.

שליסל מעלות פון LNOI טעכנאָלאָגיע

• אולטרא-נידעריק אָפּטישער פארלוסט(אַזוי נידעריק ווי 0.01 דציבל/ק״מ)
• הויך-קוואַליטעט נאַנאָפאָטאָניק סטרוקטורן
• שטיצע פֿאַר פֿאַרשידענע ניט-לינעאַרע אָפּטישע פּראָצעסן
• אינטעגרירטע עלעקטראָ-אָפּטישע (EO) טונאַביליטי

נישט-לינעאַרע אָפּטישע פּראָצעסן אויף LNOI

הויך-פאָרשטעלונג נאַנאָפאָטאָניק סטרוקטורן פאַבריצירט אויף דער LNOI פּלאַטפאָרמע ערמעגלעכן די רעאַליזאַציע פון שליסל ניט-לינעאַר אָפּטישע פּראָצעסן מיט באַמערקונגסווערט עפעקטיווקייט און מינימאַל פּאָמפּע מאַכט. דעמאַנסטרירטע פּראָצעסן אַרייַננעמען:

• צווייטע האַרמאָניק דור (SHG)
• סומע פרעקווענץ דזשענעריישאַן (SFG)
• דיפערענץ פרעקווענץ דזשענעריישאַן (DFG)
• פּאַראַמעטרישע אַראָפּ-קאָנווערסיע (PDC)
• פיר-כוואַליע מיקסינג (FWM)

פארשידענע פאַזע-מעטשינג סכעמעס זענען אימפּלעמענטירט געוואָרן צו אָפּטימיזירן די פּראָצעסן, אויפשטעלן LNOI ווי אַ העכסט ווערסאַטאַל ניט-לינעאַר אָפּטישע פּלאַטפאָרמע.

עלעקטראָ-אָפּטיש טונאַבאַל ינטעגרירטע דעוויסעס

LNOI טעכנאָלאָגיע האט אויך דערמעגלעכט די אַנטוויקלונג פון אַ ברייט קייט פון אַקטיווע און פּאַסיווע טונאַבאַל פאָטאָניק דעוויסעס, אַזאַ ווי:

• הויך-גיכקייט אָפּטישע מאָדולאַטאָרן
• רעקאָנפֿיגורירבאַרע מולטיפֿונקציאָנעלע פּיקס
• טונאַבאַל אָפטקייַט קאָומז
• מיקראָ-אָפּטאָמעכאַנישע פֿעדערן

די דעוויסעס נוצן די אינטרינסישע EO אייגנשאפטן פון ליטיום ניאָבאַטע צו דערגרייכן פּינקטלעכע, הויך-גיכקייַט קאָנטראָל פון ליכט סיגנאַלן.

פּראַקטישע אַפּליקאַציעס פון LNOI פאָטאָניקס

LNOI-באזירטע PICs ווערן איצט אנגענומען אין א וואקסנדיקע צאל פראקטישע אנווענדונגען, אריינגערעכנט:

• מייקראַוועוו-צו-אָפּטישע קאָנווערטערס
• אָפּטישע סענסאָרן
• אויף-טשיפּ ספּעקטראָמעטערס
• אָפּטישע אָפטקייט קאַמען
• אַוואַנסירטע טעלעקאָמוניקאַציע סיסטעמען

די אַפּליקאַציעס ווײַזן דעם פּאָטענציאַל פֿון LNOI צו גלייכן די פאָרשטעלונג פֿון גרויס-אָפּטישע קאָמפּאָנענטן, בשעת זיי אָפֿערן סקאַלירבאַרע, ענערגיע-עפֿעקטיווע לייזונגען דורך פֿאָטאָליטהאָגראַפֿישע פֿאַבריקאַציע.

איצטיקע שוועריקייטן און צוקונפטיגע ריכטונגען

טראָץ איר פּראָמיסינג פּראָגרעס, שטייט LNOI טעכנאָלאָגיע פאר עטלעכע טעכנישע שטערונגען:

א) ווייטער רעדוצירן אָפּטישן פארלוסט
קראַנט כוואַליעגייד פארלוסט (0.01 dB/cm) איז נאָך אַ גרויסע אָרדענונג העכער ווי די מאַטעריאַל אַבזאָרפּשאַן שיעור. אַדוואַנסאַז אין יאָן-סלייסינג טעקניקס און נאַנאָפאַבריקיישאַן זענען דארף צו רעדוצירן ייבערפלאַך ראַפנאַס און אַבזאָרפּשאַן-פֿאַרבונדענע חסרונות.

ב) פֿאַרבעסערטע קאָנטראָל פֿון וועווגייד געאָמעטריע
ערמעגלעכן סוב-700 נם כוואַליעגיידס און סוב-2 μm קאַפּלינג גאַפּס אָן סאַקראַפייסינג ריפּיטאַביליטי אָדער ינקריסינג פּראַפּאַגיישאַן אָנווער איז קריטיש פֿאַר העכער ינטאַגריישאַן געדיכטקייַט.

ג) פֿאַרבעסערן קאַפּלינג עפֿעקטיווקייט
כאָטש קאָנישערטע פֿײַבערס און מאָדע קאָנווערטערס העלפֿן דערגרייכן הויך קאַפּלינג עפֿיקאַסי, קענען אַנטי-רעפֿלעקציע קאָוטינגז ווײַטער פֿאַרמינדערן לופֿט-מאַטעריאַל צובינד רעפֿלעקציעס.

ד) אַנטוויקלונג פון נידעריק-פאַרלוסט פּאָלאַריזאַציע קאָמפּאָנענטן
פּאָלאַריזאַציע-נישט-סענסיטיווע פאָטאָנישע דעוויסעס אויף LNOI זענען עסענציעל, וואָס דאַרפן קאָמפּאָנענטן וואָס פּאַסן צו דער פאָרשטעלונג פון פריי-פּלאַץ פּאָלאַריזערס.

ה) אינטעגראַציע פון קאָנטראָל עלעקטראָניק
עפעקטיוו אינטעגרירן גרויס-מאָסשטאַב קאָנטראָל עלעקטראָניק אָן פֿאַרערגערן אָפּטישע פאָרשטעלונג איז אַ שליסל פאָרשונג ריכטונג.

ו) אַוואַנסירטע פאַזע מאַטשינג און דיספּערסיאָן אינזשעניריע
פאַרלעסלעכע דאָמעין פּאַטערנינג ביי סוב-מיקראָן רעזאָלוציע איז וויכטיק פֿאַר ניט-לינעאַר אָפּטיק אָבער בלייבט אַן אומרייפע טעכנאָלאָגיע אויף דער LNOI פּלאַטפאָרמע.

ז) קאָמפּענסאַציע פֿאַר פֿאַבריקאַציע חסרונות
טעכניקן צו פֿאַרמינדערן פֿאַזע-פֿאַרשייבונגען פֿאַראורזאַכט דורך ענווייראָנמענטאַלע ענדערונגען אָדער פֿאַבריקאַציע-וועריאַנסן זענען וויכטיק פֿאַר רעאַל-וועלט דיפּלוימאַנט.

ה) עפעקטיווע מולטי-טשיפּ קאַפּלינג
אַדרעסירן עפעקטיוו קאַפּלינג צווישן קייפל LNOI טשיפּס איז נייטיק צו וואָגן ווייַטער פון איין-ווייפער אינטעגראַציע לימאַץ.

מאָנאָליטהישע אינטעגראַציע פון אַקטיווע און פּאַסיווע קאָמפּאָנענטן

א קערן-אויפֿגאַבע פֿאַר LNOI PICs איז די קאָסטן-עפֿעקטיווע מאָנאָליטישע אינטעגראַציע פֿון אַקטיווע און פּאַסיווע קאָמפּאָנענטן ווי:

• לאַזערס
• דעטעקטאָרן
• נישט-לינעאַרע כוואַליע-קאָנווערטערז
• מאָדולאַטאָרן
• מולטיפּלעקסערס/דעמולטיפּלעקסערס

איצטיקע סטראַטעגיעס אַרייַננעמען:

א) יאָן דאָפּינג פון LNOI:
סעלעקטיווע דאָפּינג פון אַקטיווע יאָנען אין באַשטימטע געגנטן קען פירן צו אויף-טשיפּ ליכט קוועלער.

ב) פֿאַרבינדונג און העטעראָגענע אינטעגראַציע:
פֿאַרבינדן פאַר-פאַבריצירטע פּאַסיווע LNOI PICs מיט דאָפּירטע LNOI לייַערס אָדער III-V לאַזערס גיט אַן אָלטערנאַטיוון וועג.

ג) כייבריד אַקטיוו/פּאַסיוו LNOI וועיפער פאַבריקאַציע:
אן אינאָוואַטיווער צוגאַנג באַשטייט פון פֿאַרבינדן דאָפּירטע און נישט-דאָפּירטע LN וועיפערס איידער יאָן סלייסינג, וואָס רעזולטירט אין LNOI וועיפערס מיט ביידע אַקטיווע און פּאַסיווע געגנטן.

פיגור 1אילוסטרירט דעם קאנצעפט פון כייבריד אינטעגרירטע אַקטיוו/פּאַסיווע PICs, וואו אַן איינציקער ליטאָגראַפֿישער פּראָצעס ערמעגליכט אַן אומגעשטערטע אַליינמאַנט און אינטעגראַציע פון ביידע טיפּן קאָמפּאָנענטן.

אינטעגראַציע פון פאָטאָדעטעקטאָרן

אינטעגרירן פאָטאָדעטעקטאָרן אין LNOI-באַזירטע PICs איז נאָך אַ וויכטיקער שריט צו גאָר פונקציאָנירנדיקע סיסטעמען. צוויי הויפּט צוגאַנגען ווערן אויסגעפאָרשט:

א) העטעראָגענע אינטעגראַציע:
האַלב-קאָנדוקטאָר נאַנאָסטרוקטורן קענען טראַנזיטאָריש קאַפּאַלד צו LNOI כוואַליעגיידס. אָבער, פֿאַרבעסערונגען אין דעטעקשאַן עפעקטיווקייַט און סקאַלאַביליטי זענען נאָך דארף.

ב) נישט-לינעאַרע כוואַליע-לענג קאָנווערסיע:
LN'ס נישט-לינעארע אייגנשאפטן ערמעגליכן פרעקווענץ קאנווערזיע אין וועוולגיידס, וואס ערמעגליכט די נוצן פון סטאנדארט סיליקאן פאטאדעטעקטאָרן אומאפהענגיק פון אפערירנדיקע וועוולענגט.

מסקנא

די שנעלע פארשריט פון LNOI טעכנאָלאָגיע ברענגט די אינדוסטריע נענטער צו אַן אוניווערסאַלער PIC פּלאַטפאָרמע וואָס איז טויגיק צו באַדינען אַ ברייטע קייט פון אַפּליקאַציעס. דורך אַדרעסירן עקזיסטירנדיקע טשאַלאַנדזשיז און שטופּן פאָרויס כידעשים אין מאָנאָליטישע און דעטעקטאָר אינטעגראַציע, האָבן LNOI-באַזירטע PICs דאָס פּאָטענציאַל צו רעוואָלוציאָנירן פעלדער ווי טעלעקאָמוניקאַציע, קוואַנטום אינפֿאָרמאַציע און סענסינג.

LNOI האַלט די צוזאָג צו מקיים זיין די לאַנגיעריקע זעאונג פון סקאַלירבאַרע PICs, וואָס וועט גלייַכן דעם הצלחה און השפּעה פון EICs. ווייטערדיקע פאָרשונג און אַנטוויקלונג השתדלות - אַזאַ ווי די פון די נאַנדזשינג פאָטאָניקס פּראָצעס פּלאַטפאָרמע און קסיאַאָיאַאָטעק פּלאַן פּלאַטפאָרמע - וועלן זיין וויכטיק אין פֿאָרעמען די צוקונפֿט פון אינטעגרירטע פאָטאָניקס און עפֿענען נייע מעגלעכקייטן אין טעכנאָלאָגיע געביטן.