Lithium Niobate on Insulator (LNOI)

Sava lalana

Nahazo aingam-panahy avy amin'ny fahombiazan'ny electronic integrated circuits (EICs), ny sehatry ny photonic integrated circuits (PICs) dia nivoatra hatramin'ny nananganana azy tao amin'ny 1969. Na izany aza, tsy toy ny EICs, ny fampivoarana sehatra manerantany afaka manohana ny fampiharana photonic isan-karazany dia mijanona ho fanamby lehibe. Ity lahatsoratra ity dia mandinika ny teknolojia Lithium Niobate on Insulator (LNOI) vao misondrotra, izay lasa vahaolana mampanantena ho an'ny PICs manaraka.

Ny fiakaran'ny teknolojia LNOI

Lithium niobate (LN) dia efa ela no fantatra ho fitaovana fototra ho an'ny fampiharana photonic. Na izany aza, miaraka amin'ny fahatongavan'ny LNOI sarimihetsika manify sy ny teknika fanamboaran-trano mandroso ihany no nanokatra ny fahafahany feno. Ny mpikaroka dia nampiseho tamim-pahombiazana ny onjam-pandrefesana faran'izay ambany-fatiantoka sy ny microresonatera ultra-high-Q tamin'ny sehatra LNOI [1], izay nanamarika ny fiakarana lehibe amin'ny fotonika mitambatra.

Ny tombony lehibe amin'ny LNOI Technology

• Fatiantoka optika faran'izay ambany(ambany 0,01 dB/cm)
• Rafitra nanophotonic avo lenta
• Fanohanana ny fizotry ny optique tsy an-dalana isan-karazany
• Integrated electro-optic (EO) tunability

Nonlinear Optical Processes amin'ny LNOI

Ny rafitra nanophotonic avo lenta vita amin'ny sehatra LNOI dia ahafahan'ny fanatanterahana ireo dingana optika tsy mitongilana manan-danja miaraka amin'ny fahombiazana miavaka sy ny herin'ny paompy kely indrindra. Ny dingana naseho dia ahitana:

• Taranaka Harmonika Faharoa (SHG)
• Famoronana fatiantoka (SFG)
• Fahasamihafana miteraka matetika (DFG)
• Parametric Down-Conversion (PDC)
• Fampifangaroana onja efatra (FWM)

Tetika mifanandrify amin'ny dingana isan-karazany no nampiharina mba hanamafisana ireo dingana ireo, mametraka ny LNOI ho sehatra optika tsy mitongilana be dia be.

Electro-Optically Tunable Integrated Devices

Ny teknôlôjia LNOI koa dia nahafahan'ny fampivoarana karazana fitaovana fotonika mihetsiketsika mavitrika sy mihetsiketsika, toy ny:

• Modulator optika haingam-pandeha
• PICs multifunctional azo amboarina
• Fikosoham-peo mirindra
• Loharano micro-optomechanika

Ireo fitaovana ireo dia mampiasa ny toetran'ny EO ao amin'ny lithium niobate mba hahazoana fanaraha-maso mazava tsara sy haingana.

Fampiharana azo ampiharina amin'ny LNOI Photonics

Ny PIC mifototra amin'ny LNOI dia raisina amin'ny fampiharana azo ampiharina mitombo isa, ao anatin'izany:

• Microwave-to-optical mpanova
• Optical sensors
• Spectrometer amin'ny chip
• Optical frequences combs
• Rafitra fifandraisan-davitra mandroso

Ireo fampiharana ireo dia mampiseho ny fahafahan'ny LNOI hifanaraka amin'ny zava-bitan'ny singa optique betsaka, sady manolotra vahaolana azo esorina sy mitsitsy angovo amin'ny alàlan'ny fanamboarana photolithographic.

Fanamby amin'izao fotoana izao sy ny lalana ho avy

Na dia eo aza ny fandrosoany mampanantena, miatrika sakana ara-teknika maromaro ny teknolojia LNOI:

a) Mampihena bebe kokoa ny fatiantoka optika
Ny fahaverezan'ny onjam-peo amin'izao fotoana izao (0.01 dB/cm) dia mbola filaharana ambony kokoa noho ny fetran'ny fisoronana. Ilaina ny fandrosoana amin'ny teknikan'ny fanosihosena ion sy ny nanofabrication mba hampihenana ny hamafin'ny tany sy ny lesoka mifandraika amin'ny absorption.

b) Fanaraha-maso Geometrika Waveguide
Ny fampandehanana ny onjam-peo sub-700nm sy ny elanelana mampifandray sub-2 μm nefa tsy manao sorona ny fiverimberenana na ny fampitomboana ny fatiantoka amin'ny fampielezana dia zava-dehibe ho an'ny hakitroky ny fampidirana ambony kokoa.

c) Fampitomboana ny fahombiazan'ny fifandraisana
Na dia manampy amin'ny fahombiazan'ny fifandraisana avo lenta aza ny fibra mipetaka sy ny mpanova maodely, ny coatings manohitra ny fisaintsainana dia afaka manalefaka bebe kokoa ny fisaintsainana ny fifandraisana amin'ny rivotra.

d) Fampandrosoana ny singa polarization ambany fatiantoka
Ny fitaovana fakan-tsary tsy misy polarization amin'ny LNOI dia tena ilaina, mitaky singa mifanaraka amin'ny fahombiazan'ny polarizera malalaka.

e) Fampidirana ny Electronic Control
Ny fampidirana am-pahombiazana ny elektronika fanaraha-maso midadasika nefa tsy manimba ny fahombiazan'ny optika dia tari-dalana fikarohana fototra.

f) Mampifanaraka ny dingana mandroso sy ny injeniera fanaparitahana
Tena ilaina ho an'ny optique tsy linear ny lamina azo itokisana amin'ny famaha sub-micron fa mijanona ho teknolojia tsy matotra amin'ny sehatra LNOI.

g) Onitra noho ny tsy fahampian'ny fanamboarana
Ny teknika hanalefahana ny fiovaovan'ny dingana vokatry ny fiovan'ny tontolo iainana na ny fiovaovan'ny fanamboarana dia tena ilaina amin'ny fametrahana eran-tany.

h) Fifandraisana mahomby amin'ny Chip Multi-Chip
Ny famahana ny fifamatorana mahomby eo amin'ny chips LNOI maro dia ilaina mba hihoatra ny fetran'ny fampidirana wafer tokana.

Fampidirana Monolithic ny singa mavitrika sy passive

Ny fanamby fototra ho an'ny LNOI PICs dia ny fampidirana monolithic mahomby amin'ny singa mavitrika sy passive toy ny:

• Lasers
• Mpitsikilo
• Mpanova halavan'ny onjam-peo tsy linear
• Modulators
• Multiplexers/Demultiplexers

Ny paikady amin'izao fotoana izao dia ahitana:

a) Ion Doping ny LNOI:
Mety hitarika amin'ny loharanom-pahazavana eo amin'ny chip ny dopingan'ny ion mavitrika amin'ny faritra voatondro.

b) Fifandraisana sy fampifangaroana samihafa:
Ny famatorana ny LNOI PICs passive efa namboarina miaraka amin'ny sosona LNOI doped na laser III-V dia manome lalana hafa.

c) Hybrid Active/Passive LNOI Wafer Fabrication:
Ny fomba fiasa vaovao dia ny famatorana ny wafers LN doped sy tsy misy doka alohan'ny fitetezana ion, ka miteraka wafer LNOI miaraka amin'ny faritra mavitrika sy passive.

Sary 1dia mampiseho ny foto-kevitry ny hybrid Integrated active/passive PICs, izay ahafahan'ny fizotry ny lithografika tokana ahafahana mampirindra sy mampiditra ireo karazana singa roa ireo.

Fampidirana ny Photodetectors

Ny fampidirana photodetectors amin'ny PIC mifototra amin'ny LNOI dia dingana lehibe iray hafa mankany amin'ny rafitra miasa tanteraka. Fomba roa voalohany no dinihina:

a) Fampidirana samihafa:
Ny nanostructures semiconductor dia azo ampifandraisina amin'ny onjam-peo LNOI. Na izany aza, mbola ilaina ny fanatsarana ny fahombiazan'ny fitiliana sy ny scalability.

b) Fiovam-po amin'ny onjam-peo tsy an-tserasera:
Ny fananan'ny LN tsy an-tariby dia mamela ny fiovam-po matetika ao anatin'ny onjam-peo, ahafahan'ny fampiasana photodetectors silisiôma mahazatra na inona na inona halavan'ny onjam-piasana.

Famaranana

Ny fandrosoana haingana ny teknolojia LNOI dia mitondra ny indostria hanakaiky kokoa ny sehatra PIC manerana izao rehetra izao izay afaka manolotra karazana fampiharana maro. Amin'ny famahana ny fanamby efa misy sy ny fanosehana ny fanavaozana amin'ny fampidirana monolithic sy detector, ny PIC miorina amin'ny LNOI dia manana fahafahana hanova ny sehatra toy ny fifandraisan-davitra, fampahalalana momba ny quantum, ary fahatsapana.

Ny LNOI dia mitana ny fampanantenana amin'ny fanatanterahana ny vina hatry ny ela momba ny PIC azo scalable, mifanandrify amin'ny fahombiazana sy ny fiantraikan'ny EICs. Ny fitohizan'ny ezaka R&D—toy ny avy amin'ny Nanjing Photonics Process Platform sy XiaoyaoTech Design Platform—dia ho zava-dehibe amin'ny famolavolana ny hoavin'ny fotonika mitambatra sy ny famoahana ireo fahafaha-manao vaovao manerana ny sehatra teknolojia.