Pasiuna
Nadasig sa kalampusan sa electronic integrated circuits (EICs), ang natad sa photonic integrated circuits (PICs) nag-uswag sukad sa pagsugod niini niadtong 1969. Apan, dili sama sa EICs, ang pagpalambo sa usa ka unibersal nga plataporma nga makahimo sa pagsuporta sa nagkalain-laing photonic nga mga aplikasyon nagpabilin nga usa ka dakong hagit. Gisusi niini nga artikulo ang nag-uswag nga Lithium Niobate on Insulator (LNOI) nga teknolohiya, nga paspas nga nahimong usa ka maayong solusyon alang sa sunod nga henerasyon nga mga PIC.
Ang Pagtaas sa LNOI Technology
Ang Lithium niobate (LN) dugay na nga giila isip usa ka importante nga materyal alang sa photonic nga mga aplikasyon. Bisan pa, sa pag-abut lamang sa thin-film nga LNOI ug mga advanced fabrication techniques ang hingpit nga potensyal niini na-unlock. Ang mga tigdukiduki malampuson nga nagpakita sa ultra-low-loss ridge waveguides ug ultra-high-Q microresonators sa LNOI platforms [1], nga nagtimaan sa usa ka mahinungdanong paglukso sa integrated photonics.
Pangunang Bentaha sa LNOI Technology
- Ultra-ubos nga pagkawala sa optical(ubos sa 0.01 dB/cm)
- Taas nga kalidad nga nanophotonic nga mga istruktura
- Suporta alang sa lainlain nga nonlinear optical nga mga proseso
- Integrated electro-optic (EO) tunability
Nonlinear Optical nga Proseso sa LNOI
Ang mga high-performance nga nanophotonic nga mga istruktura nga gihimo sa LNOI nga plataporma makahimo sa katumanan sa mga yawe nga nonlinear optical nga mga proseso nga adunay talagsaon nga kahusayan ug gamay nga gahum sa bomba. Ang gipakita nga mga proseso naglakip sa:
- Ikaduha nga Harmonic Generation (SHG)
- Sum Frequency Generation (SFG)
- Kalainan Frequency Generation (DFG)
- Parametric Down-Conversion (PDC)
- Four-Wave Mixing (FWM)
Nagkalainlain nga mga laraw sa pagpares sa hugna ang gipatuman aron ma-optimize kini nga mga proseso, nga nagtukod sa LNOI ingon usa ka labi ka daghang gamit nga nonlinear optical platform.
Electro-Optically Tunable Integrated Devices
Ang teknolohiya sa LNOI nakapahimo usab sa pagpalambo sa usa ka halapad nga hanay sa aktibo ug passive tunable photonic device, sama sa:
- High-speed optical modulators
- Ma-reconfigurable nga multifunctional PICs
- Tunable frequency combs
- Micro-optomechanical nga mga tuburan
Kini nga mga himan naggamit sa intrinsic EO nga mga kabtangan sa lithium niobate aron makab-ot ang tukma, taas nga tulin nga pagkontrol sa mga signal sa kahayag.
Praktikal nga mga Aplikasyon sa LNOI Photonics
Ang mga PIC nga nakabase sa LNOI gisagop na karon sa nagkadaghang praktikal nga aplikasyon, lakip ang:
- Microwave-sa-optical converters
- Optical nga mga sensor
- Mga on-chip spectrometer
- Optical frequency combs
- Advanced nga sistema sa telekomunikasyon
Kini nga mga aplikasyon nagpakita sa potensyal sa LNOI sa pagpares sa performance sa bulk-optic nga mga sangkap, samtang nagtanyag scalable, energy-efficient nga mga solusyon pinaagi sa photolithographic fabrication.
Kasamtangang mga Hagit ug Umaabot nga Direksyon
Bisan pa sa gisaad nga pag-uswag niini, ang teknolohiya sa LNOI nag-atubang sa daghang mga teknikal nga babag:
a) Dugang nga Pagpakunhod sa Optical Loss
Ang kasamtangan nga pagkawala sa waveguide (0.01 dB/cm) usa gihapon ka han-ay sa magnitude nga mas taas kay sa limitasyon sa pagsuyup sa materyal. Ang mga pag-uswag sa mga teknik sa paghiwa sa ion ug nanofabrication gikinahanglan aron makunhuran ang kabangis sa nawong ug mga depekto nga may kalabutan sa pagsuyup.
b) Gipauswag nga Waveguide Geometry Control
Ang pagpagana sa sub-700 nm waveguides ug sub-2 μm coupling gaps nga walay pagsakripisyo sa repeatability o pagdugang sa propagation loss importante alang sa mas taas nga integration density.
c) Pagpauswag sa Episyente sa Pagdugtong
Samtang ang mga tapered fibers ug mode converters makatabang sa pagkab-ot sa taas nga episyente sa pagdugtong, ang mga anti-reflection coatings mahimo pa nga makunhuran ang mga pagpamalandong sa interface sa hangin-materyal.
d) Pag-uswag sa Ubos nga Pagkawala nga Polarization nga mga sangkap
Ang polarization-insensitive nga photonic nga mga himan sa LNOI kinahanglanon, nga nagkinahanglan sa mga sangkap nga mohaum sa performance sa mga free-space polarizer.
e) Paghiusa sa Control Electronics
Ang epektibo nga pag-integrate sa dinagkong kontrol nga elektroniko nga wala’y pagdaot sa optical nga pasundayag usa ka hinungdanon nga direksyon sa panukiduki.
f) Advanced Phase Matching ug Dispersion Engineering
Ang kasaligang domain patterning sa sub-micron resolution hinungdanon alang sa nonlinear optics apan nagpabilin nga dili pa hamtong nga teknolohiya sa LNOI platform.
g) Kompensasyon alang sa mga Depekto sa Paggama
Ang mga teknik aron maminusan ang mga pagbag-o sa hugna tungod sa mga pagbag-o sa kalikopan o mga kalainan sa paghimo hinungdanon alang sa pag-deploy sa tinuud nga kalibutan.
h) Episyente nga Multi-Chip Coupling
Ang pagsulbad sa episyente nga pagdugtong tali sa daghang LNOI chips gikinahanglan aron molapas sa mga limitasyon sa panagsama sa usa ka wafer.
Monolithic Integration sa Aktibo ug Passive Components
Ang kinauyokan nga hagit alang sa LNOI PICs mao ang cost-effective nga monolithic integration sa aktibo ug passive nga mga sangkap sama sa:
- Mga laser
- Mga detektor
- Nonlinear wavelength converters
- Mga modulator
- Mga Multiplexer/Demultiplexer
Ang mga estratehiya karon naglakip sa:
a) Ion Doping sa LNOI:
Ang pinili nga doping sa mga aktibong ion ngadto sa gitudlo nga mga rehiyon mahimong mosangpot sa on-chip nga mga tinubdan sa kahayag.
b) Pagsuod ug Heterogenous Integration:
Ang pagbugkos sa pre-fabricated passive LNOI PICs nga adunay doped LNOI layers o III-V lasers naghatag ug alternatibong agianan.
c) Hybrid Active/Passive LNOI Wafer Fabrication:
Ang usa ka bag-ong pamaagi naglakip sa pagbugkos sa doped ug undoped LN wafers sa dili pa ion slicing, nga moresulta sa LNOI wafers nga adunay aktibo ug passive nga mga rehiyon.
Hulagway 1naghulagway sa konsepto sa hybrid integrated active/passive PICs, diin ang usa ka lithographic nga proseso makapahimo sa seamless alignment ug integration sa duha ka matang sa component.
Paghiusa sa mga Photodetector
Ang pag-integrate sa mga photodetector ngadto sa LNOI-based PICs maoy laing importanteng lakang padulong sa fully functional system. Duha ka panguna nga pamaagi ang gisusi:
a) Heterogenous Integration:
Ang mga semiconductor nanostructure mahimong mabalhin sa mga LNOI waveguides. Bisan pa, ang mga pag-uswag sa kahusayan sa pagtuki ug pagka-scalability gikinahanglan gihapon.
b) Nonlinear nga Wavelength Conversion:
Ang nonlinear nga mga kabtangan sa LN nagtugot sa frequency conversion sulod sa waveguides, nga makapahimo sa paggamit sa standard nga silicon photodetectors bisan unsa pa ang operating wavelength.
Panapos
Ang paspas nga pag-uswag sa teknolohiya sa LNOI nagdala sa industriya nga mas duol sa usa ka unibersal nga plataporma sa PIC nga makahimo sa pagserbisyo sa usa ka halapad nga mga aplikasyon. Pinaagi sa pagsulbad sa kasamtangan nga mga hagit ug pagduso sa unahan sa mga inobasyon sa monolithic ug detector integration, ang LNOI-based PICs adunay potensyal sa pag-usab sa mga natad sama sa telekomunikasyon, quantum information, ug sensing.
Ang LNOI naghupot sa saad sa pagtuman sa dugay na nga panan-awon sa scalable PICs, pagpares sa kalampusan ug epekto sa EICs. Ang padayong mga paningkamot sa R&D—sama niadtong gikan sa Nanjing Photonics Process Platform ug XiaoyaoTech Design Platform—mahimong importante sa paghulma sa kaugmaon sa integrated photonics ug pag-abli sa bag-ong mga posibilidad sa mga domain sa teknolohiya.
Oras sa pag-post: Hul-18-2025