Giriş
Elektron inteqral sxemlərin (EİS) uğurlarından ilhamlanan fotonik inteqral sxemlər (PICs) sahəsi 1969-cu ildə yarandığı gündən inkişaf edir. Bununla belə, EİK-lərdən fərqli olaraq, müxtəlif fotonik tətbiqləri dəstəkləyə bilən universal platformanın inkişafı əsas problem olaraq qalır. Bu məqalə yeni nəsil PIC-lər üçün sürətlə perspektivli həll yoluna çevrilmiş Lithium Niobate on Insulator (LNOI) texnologiyasını araşdırır.
LNOI Texnologiyasının yüksəlişi
Litium niobat (LN) çoxdan fotonik tətbiqlər üçün əsas material kimi tanınır. Bununla belə, yalnız nazik təbəqəli LNOI-nin və qabaqcıl istehsal üsullarının meydana çıxması ilə onun tam potensialı açıldı. Tədqiqatçılar LNOI platformalarında [1] ultra aşağı itkili silsiləli dalğa ötürücülərini və ultra yüksək Q mikrorezonatorlarını uğurla nümayiş etdirərək inteqrasiya olunmuş fotonikada əhəmiyyətli bir sıçrayış göstərdilər.
LNOI Texnologiyasının Əsas Üstünlükləri
- Ultra aşağı optik itki(0,01 dB/sm qədər aşağı)
- Yüksək keyfiyyətli nanofotonik strukturlar
- Müxtəlif qeyri-xətti optik proseslər üçün dəstək
- İnteqrasiya edilmiş elektro-optik (EO) tənzimlənməsi
LNOI-də qeyri-xətti optik proseslər
LNOI platformasında hazırlanmış yüksək performanslı nanofotonik strukturlar diqqətəlayiq səmərəlilik və minimum nasos gücü ilə əsas qeyri-xətti optik prosesləri həyata keçirməyə imkan verir. Göstərilən proseslərə aşağıdakılar daxildir:
- İkinci Harmonik Nəsil (SHG)
- Məcmu Tezliyin Yaradılması (SFG)
- Fərq Tezliyinin Yaradılması (DFG)
- Parametrik Aşağı Konversiya (PDC)
- Dörd Dalğalı Qarışdırma (FWM)
LNOI-ni çox yönlü qeyri-xətti optik platforma kimi quraraq, bu prosesləri optimallaşdırmaq üçün müxtəlif faza uyğunlaşdırma sxemləri həyata keçirilmişdir.
Elektro-Optik Tənzimlənən İnteqrasiya edilmiş Cihazlar
LNOI texnologiyası həmçinin geniş spektrli aktiv və passiv tənzimlənən fotonik cihazların inkişafına imkan yaratmışdır, məsələn:
- Yüksək sürətli optik modulyatorlar
- Yenidən konfiqurasiya edilə bilən çoxfunksiyalı PIC-lər
- Tənzimlənən tezlik daraqları
- Mikro-optomexaniki yaylar
Bu cihazlar işıq siqnallarının dəqiq, yüksək sürətli idarə edilməsinə nail olmaq üçün litium niobatın daxili EO xüsusiyyətlərindən istifadə edir.
LNOI Fotonikasının Praktik Tətbiqləri
LNOI əsaslı PIC-lər indi artan sayda praktik tətbiqlərdə qəbul edilir, o cümlədən:
- Mikrodalğalı-optik çeviricilər
- Optik sensorlar
- Çip üzərində spektrometrlər
- Optik tezlik daraqları
- Təkmil telekommunikasiya sistemləri
Bu proqramlar, fotolitoqrafiya istehsalı vasitəsilə miqyaslana bilən, enerjiyə qənaət edən həllər təklif edərkən, LNOI-nin toplu optik komponentlərin performansına uyğunlaşma potensialını nümayiş etdirir.
Cari Çağırışlar və Gələcək İstiqamətlər
Perspektivli irəliləyişinə baxmayaraq, LNOI texnologiyası bir sıra texniki maneələrlə üzləşir:
a) Optik itkilərin daha da azaldılması
Cari dalğa ötürücü itkisi (0,01 dB/sm) hələ də materialın udulma həddindən yüksək miqyasdadır. Səthin pürüzlülüyünü və udma ilə əlaqəli qüsurları azaltmaq üçün ion dilimləmə üsulları və nanofabrikasiyada irəliləyişlərə ehtiyac var.
b) Təkmilləşdirilmiş dalğa bələdçisinin həndəsəsinə nəzarət
Təkrarlanma qabiliyyətini itirmədən və ya yayılma itkisini artırmadan 700 nm-dən aşağı dalğa bələdçilərinin və sub-2 μm birləşmə boşluqlarının işə salınması daha yüksək inteqrasiya sıxlığı üçün çox vacibdir.
c) Birləşmənin Səmərəliliyinin artırılması
Konik liflər və rejim çeviriciləri yüksək birləşmə səmərəliliyinə nail olmağa kömək etsə də, əks etdirmə əleyhinə örtüklər hava-material interfeysinin əks olunmalarını daha da azalda bilər.
d) Aşağı itkili qütbləşmə komponentlərinin inkişafı
LNOI-də qütbləşməyə həssas olmayan fotonik cihazlar vacibdir, boş yer polarizatorlarının performansına uyğun komponentlər tələb olunur.
e) Nəzarət Elektronikasının İnteqrasiyası
Optik performansı aşağı salmadan geniş miqyaslı idarəetmə elektronikasının effektiv şəkildə inteqrasiyası əsas tədqiqat istiqamətidir.
f) Təkmil Faza Uyğunluğu və Dispersiya Mühəndisliyi
Alt mikron həllində etibarlı domen nümunəsi qeyri-xətti optika üçün həyati əhəmiyyət kəsb edir, lakin LNOI platformasında yetişməmiş texnologiya olaraq qalır.
g) İstehsal qüsurlarına görə kompensasiya
Ətraf mühit dəyişiklikləri və ya istehsal fərqləri nəticəsində yaranan faza sürüşmələrini yumşaltmaq üçün texnikalar real dünyada yerləşdirmə üçün vacibdir.
h) Effektiv Multi-Chip Coupling
Çoxsaylı LNOI çipləri arasında səmərəli birləşmənin həlli tək vafli inteqrasiya limitlərindən kənara çıxmaq üçün lazımdır.
Aktiv və passiv komponentlərin monolit inteqrasiyası
LNOI PIC-lər üçün əsas problem aktiv və passiv komponentlərin sərfəli monolit inteqrasiyasıdır, məsələn:
- Lazerlər
- Detektorlar
- Qeyri-xətti dalğa uzunluğu çeviriciləri
- Modulyatorlar
- Multipleksatorlar/Demultipleksatorlar
Cari strategiyalara aşağıdakılar daxildir:
a) LNOI-nin ion dopinqi:
Aktiv ionların təyin olunmuş bölgələrə seçici dopinq edilməsi çipdə işıq mənbələrinə səbəb ola bilər.
b) Bağlama və Heterojen İnteqrasiya:
Əvvəlcədən hazırlanmış passiv LNOI PIC-lərinin qatqılı LNOI təbəqələri və ya III-V lazerləri ilə birləşdirilməsi alternativ yol təqdim edir.
c) Hibrid Aktiv/Passiv LNOI vafli istehsalı:
İnnovativ yanaşma ion dilimləmədən əvvəl qatqılı və qatqısız LN vaflilərinin birləşdirilməsini nəzərdə tutur, nəticədə həm aktiv, həm də passiv bölgələrə malik LNOI vafliləri yaranır.
Şəkil 1hibrid inteqrasiya olunmuş aktiv/passiv PIC konsepsiyasını təsvir edir, burada vahid litoqrafiya prosesi hər iki növ komponentin qüsursuz uyğunlaşdırılmasına və inteqrasiyasına imkan verir.
Fotodetektorların inteqrasiyası
Fotodetektorların LNOI əsaslı PIC-lərə inteqrasiyası tam funksional sistemlərə doğru daha bir mühüm addımdır. İki əsas yanaşma araşdırılır:
a) Heterojen İnteqrasiya:
Yarımkeçirici nanostrukturlar LNOI dalğa bələdçilərinə keçici olaraq birləşdirilə bilər. Bununla belə, aşkarlamanın effektivliyi və miqyaslılığının təkmilləşdirilməsi hələ də tələb olunur.
b) Qeyri-xətti dalğa uzunluğuna çevrilmə:
LN-nin qeyri-xətti xassələri dalğa bələdçilərində tezliklərin çevrilməsinə imkan verir ki, bu da dalğa uzunluğundan asılı olmayaraq standart silikon fotodetektorların istifadəsinə imkan verir.
Nəticə
LNOI texnologiyasının sürətli inkişafı sənayeni geniş tətbiqlərə xidmət edə bilən universal PIC platformasına yaxınlaşdırır. Mövcud problemləri həll etməklə və monolit və detektor inteqrasiyasında yenilikləri irəli sürməklə, LNOI əsaslı PIC-lər telekommunikasiya, kvant məlumatı və hissetmə kimi sahələrdə inqilab etmək potensialına malikdir.
LNOI, EIC-lərin müvəffəqiyyətinə və təsirinə uyğunlaşan miqyaslana bilən PIC-lərin uzunmüddətli vizyonunu yerinə yetirmək vədinə malikdir. Davamlı Ar-Ge səyləri, məsələn, Nanjing Fotonik Proses Platforması və XiaoyaoTech Dizayn Platformasından olanlar, inteqrasiya olunmuş fotonikanın gələcəyinin formalaşmasında və texnologiya sahələrində yeni imkanların açılmasında əsas rol oynayacaqdır.
Göndərmə vaxtı: 18 iyul 2025-ci il