Ro-ràdh
Air a bhrosnachadh le soirbheachas chuairtean amalaichte dealanach (EICn), tha raon nan chuairtean amalaichte fotonach (PICn) air a bhith ag atharrachadh bho chaidh a stèidheachadh ann an 1969. Ach, eu-coltach ri EICn, tha leasachadh àrd-ùrlar uile-choitcheann comasach air taic a thoirt do dhiofar thagraidhean fotonach fhathast na dhùbhlan mòr. Tha an t-artaigil seo a’ sgrùdadh teicneòlas Lithium Niobate air Insulator (LNOI) a tha a’ tighinn am bàrr, a tha air a thighinn gu bhith na fhuasgladh gealltanach gu luath airson PICn an ath ghinealach.
Àrdachadh Teicneòlas LNOI
Tha lithium niobate (LN) air a bhith air aithneachadh o chionn fhada mar stuth cudromach airson tagraidhean fotonaig. Ach, chan eil a làn chomas air a bhith air fhuasgladh ach le teachd LNOI film tana agus dòighean saothrachaidh adhartach. Tha luchd-rannsachaidh air tonn-iùil druim le call glè ìosal agus meanbh-ath-fhuaimnearan le Q glè àrd a nochdadh gu soirbheachail air àrd-ùrlaran LNOI [1], a’ comharrachadh leum mòr ann am fotonaig amalaichte.
Prìomh Bhuannachdan Teicneòlas LNOI
- Call optaigeach glè ìosal(cho ìosal ri 0.01 dB/cm)
- Structaran nanofotonic àrd-inbhe
- Taic airson diofar phròiseasan optaigeach neo-loidhneach
- Ath-ghluasad electro-optaigeach amalaichte (EO)
Pròiseasan Optaigeach Neo-loidhneach air LNOI
Leigidh structaran nanofotonic àrd-choileanaidh a chaidh a dhèanamh air àrd-ùrlar LNOI le pròiseasan optigeach neo-loidhneach cudromach a thoirt gu buil le èifeachdas iongantach agus cumhachd pumpa as ìsle. Am measg nam pròiseasan a chaidh a dhearbhadh tha:
- An Dàrna Ginealach Co-sheirmeach (SHG)
- Gineadh Tricead Suim (SFG)
- Gineadh Tricead Eadar-dhealachaidh (DFG)
- Tionndadh Sìos Paraimeadrach (PDC)
- Measgachadh Ceithir-Thonn (FWM)
Chaidh diofar sgeamaichean maidseadh ìre a chur an gnìomh gus na pròiseasan sin a bharrachadh, a’ stèidheachadh LNOI mar àrd-ùrlar optigeach neo-loidhneach air leth ioma-chruthach.
Innealan Amalaichte a ghabhas Tiùnadh gu Electro-Optigeach
Tha teicneòlas LNOI cuideachd air comas a thoirt do leasachadh raon farsaing de dh’ innealan fotonach atharrachail gnìomhach is fulangach, leithid:
- Moduladairean optaigeach àrd-astar
- PICan ioma-ghnìomhach ath-chumraichte
- Cìrean tricead tionnsachail
- Fuarain meanbh-opto-mheacanaigeach
Bidh na h-innealan sin a’ cleachdadh feartan EO nàdarra lithium niobate gus smachd mionaideach, luath a choileanadh air comharran solais.
Cleachdaidhean Practaigeach de Fotonaigs LNOI
Tha PICan stèidhichte air LNOI gan cleachdadh a-nis ann an àireamh a tha a’ sìor fhàs de thagraidhean practaigeach, nam measg:
- Tionndaidhean meanbh-thonn gu optaigeach
- Braitearan optaigeach
- Speictriméadar air-chip
- Cìrean tricead optaigeach
- Siostaman cian-chonaltraidh adhartach
Tha na tagraidhean seo a’ sealltainn comas LNOI a bhith a rèir coileanadh cho-phàirtean optaigeach mòr-chuid, agus aig an aon àm a’ tabhann fuasglaidhean sgalachail, èifeachdach a thaobh lùtha tro saothrachadh fotolithagrafach.
Dùbhlain an-dràsta agus stiùiridhean san àm ri teachd
A dh’aindeoin an adhartais ghealltanach a th’ ann, tha grunn chnapan-starra teicnigeach mu choinneimh teicneòlas LNOI:
a) Lùghdachadh a bharrachd air call optaigeach
Tha call tonn-stiùiridh an t-srutha (0.01 dB/cm) fhathast òrdugh meudachd nas àirde na crìoch gabhail a-steach an stuth. Tha feum air adhartasan ann an dòighean gearradh-ion agus nano-saothrachadh gus garbh-uachdar agus lochdan co-cheangailte ri gabhail a lùghdachadh.
b) Smachd nas fheàrr air geoimeatraidh treòraiche tonn
Tha e deatamach airson dùmhlachd amalachaidh nas àirde a bhith a’ comasachadh treòraichean-tonn fo-700 nm agus beàrnan ceangail fo-2 μm gun a bhith a’ ìobairt ath-aithris no a’ meudachadh call iomadachaidh.
c) A’ neartachadh èifeachdas ceangail
Ged a chuidicheas snàithleanan teipichte agus tionndairean modh le bhith a’ coileanadh èifeachdas ceangail àrd, faodaidh còmhdach an-aghaidh meòrachadh lughdachadh a dhèanamh air meòrachadh eadar-aghaidh adhair-stuth.
d) Leasachadh Cho-phàirtean Polarachaidh Call-Ìosal
Tha innealan fotonaigeach nach eil mothachail air pòlarachadh air LNOI riatanach, agus feumaidh iad co-phàirtean a tha a rèir coileanadh polaradairean àite-saor.
e) Amalachadh Eileagtronaigeachd Smachd
'S e prìomh stiùireadh rannsachaidh a bhith ag amalachadh eileagtronaig smachd air sgèile mhòr gu h-èifeachdach gun a bhith a' lughdachadh coileanadh optigeach.
f) Innleadaireachd Adhartach Maidseadh Ìrean agus Sgaoilidh
Tha pàtraining àrainn earbsach aig rùn fo-micron deatamach airson optaig neo-loidhneach ach tha e fhathast na theicneòlas neo-aibidh air àrd-ùrlar LNOI.
g) Dìoladh airson Easbhaidhean Saothrachaidh
Tha dòighean gus lughdachadh a dhèanamh air atharrachaidhean àrainneachdail no caochlaidhean saothrachaidh riatanach airson cleachdadh san t-saoghal fhìor.
h) Ceangal Ioma-sliseag Èifeachdach
Tha e riatanach dèiligeadh ri ceangal èifeachdach eadar iomadh sliseag LNOI gus sgèileadh nas fhaide na crìochan amalachaidh aon-wafer.
Amalachadh monolithach de phàirtean gnìomhach agus fulangach
Is e prìomh dhùbhlan do PICan LNOI amalachadh monolithach cosg-èifeachdach de phàirtean gnìomhach is fulangach leithid:
- Lasairean
- Lorgairean
- Tionndaidhean tonn-fhaid neo-loidhneach
- Moduladairean
- Ioma-phleacsairean/Dì-iom-phleacsairean
Tha na ro-innleachdan làithreach a’ gabhail a-steach:
a) Dòpadh ian de LNOI:
Faodaidh dòpadh roghnach ianan gnìomhach ann an roinnean ainmichte leantainn gu stòran solais air-chip.
b) Ceangal agus Amalachadh Neo-aonaichte:
Tha ceangal PICan LNOI fulangach ro-thogte le sreathan LNOI le dopadh no leusairean III-V a’ toirt seachad slighe eile.
c) Dèanamh Uabhar LNOI Gnìomhach/Fulangach Measgaichte:
Tha dòigh-obrach ùr-ghnàthach a’ toirt a-steach ceangal uaifearan LN le agus gun dòpadh mus tèid an gearradh ann an ian, agus mar thoradh air sin bidh uaifearan LNOI ann le roinnean gnìomhach agus fulangach.
Figear 1a’ mìneachadh bun-bheachd PICan gnìomhach/fulangach measgaichte, far a bheil aon phròiseas lithagrafaigeach a’ comasachadh co-thaobhadh agus amalachadh gun fhiosta an dà sheòrsa co-phàirtean.
Amalachadh luchd-lorg dhealbhan
Tha amalachadh luchd-mothachaidh-foton ann am PICan stèidhichte air LNOI na cheum cudromach eile a dh’ionnsaigh siostaman làn-ghnìomhach. Tha dà phrìomh dhòigh-obrach fo sgrùdadh:
a) Amalachadh neo-aon-ghnèitheach:
Faodar nano-structaran leth-sheoltairean a cheangal gu sealach ri treòraichean tonn LNOI. Ach, tha feum fhathast air leasachaidhean ann an èifeachdas lorg agus comas sgèileachaidh.
b) Tionndadh Tonn-fhaid Neo-loidhneach:
Leigidh feartan neo-loidhneach LN le tionndadh tricead taobh a-staigh treòraichean-tonn, a’ comasachadh cleachdadh lorgairean-foto silicon àbhaisteach ge bith dè an tonn-fhaid obrachaidh.
Co-dhùnadh
Tha adhartas luath teicneòlas LNOI a’ toirt a’ ghnìomhachais nas fhaisge air àrd-ùrlar PIC uile-choitcheann a tha comasach air raon farsaing de thagraidhean a fhrithealadh. Le bhith a’ dèiligeadh ri dùbhlain a th’ ann mar-thà agus a’ putadh air adhart innleachdan ann an amalachadh monolithach agus lorgairean, tha comas aig PICan stèidhichte air LNOI raointean leithid cian-chonaltradh, fiosrachadh cuantamach, agus mothachadh ath-ar-a-mach a dhèanamh.
Tha gealladh aig LNOI gun coilean e lèirsinn fad-ùine PICan sgèileachail, a tha a’ freagairt ri soirbheachas agus buaidh EICan. Bidh oidhirpean R&D leantainneach - leithid an fheadhainn bho Àrd-ùrlar Pròiseas Fotonaigs Nanjing agus Àrd-ùrlar Dealbhaidh XiaoyaoTech - deatamach ann a bhith a’ cumadh àm ri teachd fotonaigs amalaichte agus a’ fosgladh chothroman ùra thar raointean teicneòlais.
Àm puist: 18 Iuchar 2025