Lnoi Wafer

Αντιστρόφως, οι λεπτές μεμβράνες Niobate λιθίου (πλακίδια LNOI) προσφέρουν μια σημαντική αντίθεση δείκτη διάθλασης, επιτρέποντας στους κυματοδηγούς να έχουν ακτίνες κάμψης μόνο δεκάδων μικρών και διατομών υπομικρονίων. Αυτό επιτρέπει την ενσωμάτωση φωτονίων υψηλής πυκνότητας και τον ισχυρό περιορισμό του φωτός, την ενίσχυση της αλληλεπίδρασης μεταξύ φωτός και ύλης.

Οι πλακώσεις LNOI μπορούν να παρασκευαστούν χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές, συμπεριλαμβανομένης της παλμικής εναπόθεσης λέιζερ, των μεθόδων πηκτής-γελίου, της ψεκασμού μαγνητρονίου RF και της εναπόθεσης χημικών ατμών. Ωστόσο, το LNOI που παράγεται από αυτές τις τεχνικές συχνά παρουσιάζει μια πολυκρυσταλλική δομή, οδηγώντας σε αυξημένη απώλεια μετάδοσης φωτός. Επιπλέον, υπάρχει ένα σημαντικό χάσμα μεταξύ των φυσικών ιδιοτήτων της μεμβράνης και εκείνων του μονοκρυσταλλικού LN, το οποίο επηρεάζει αρνητικά την απόδοση των φωτονικών συσκευών.

Η βέλτιστη μέθοδος για την παρασκευή πλακιδίων LNOI περιλαμβάνει ένα συνδυασμό διεργασιών όπως η εμφύτευση ιόντων, η άμεση συγκόλληση και η θερμική ανόπτηση, η οποία φυσικά ξεφλουδίζει από την μεμβράνη LN από το υλικό LN και τη μεταφέρει σε ένα υπόστρωμα. Οι τεχνικές λείανσης και στίλβωσης μπορούν επίσης να αποδώσουν υψηλής ποιότητας LNOI. Αυτή η προσέγγιση ελαχιστοποιεί τη βλάβη στο πλέγμα Crystal Ln κατά τη διάρκεια της εμφύτευσης ιόντων και διατηρεί την ποιότητα των κρυστάλλων, υπό την προϋπόθεση ότι ο αυστηρός έλεγχος ασκείται πάνω από την ομοιομορφία του πάχους του φιλμ. Οι πλακιδίων LNOI όχι μόνο διατηρούν βασικές ιδιότητες όπως η ηλεκτρο-οπτική, ακουστική και μη γραμμικά οπτικά χαρακτηριστικά, αλλά και διατηρούν μία μόνο κρυσταλλική δομή, η οποία είναι ευεργετική για την επίτευξη χαμηλής απώλειας οπτικής μετάδοσης.

Οι οπτικοί κυματοδηγοί είναι θεμελιώδεις συσκευές στην ολοκληρωμένη φωτονική και υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για την προετοιμασία τους. Οι κυματοδηγοί σε πλακίδια LNOI μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας παραδοσιακές τεχνικές όπως η ανταλλαγή πρωτονίων. Δεδομένου ότι το LN είναι χημικά αδρανές, για να αποφευχθεί η χάραξη, τα εύκολα χαραγμένα υλικά μπορούν να εναποτίθενται στο LNOI για να δημιουργηθούν κυματοδηγοί λωρίδας φόρτωσης. Τα υλικά που είναι κατάλληλα για λωρίδες φόρτωσης περιλαμβάνουν TiO2, SiO2, Sinx, Ta2O5, γυαλί χαλκογονιδίων και πυρίτιο. Ένας οπτικός κυματοδηγός LNOI που δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο χημικής μηχανικής στίλβας έχει επιτύχει απώλεια διάδοσης 0,027 dB/cm. Ωστόσο, το ρηχό πλευρικό τοίχωμα του κυματοδηγού περιπλέκει την πραγματοποίηση κυματοδηγών με μικρές ακτίνες κάμψης. Ο κυματοδηγός LNOI Wafer, που παρασκευάζεται χρησιμοποιώντας μια μέθοδο χάραξης πλάσματος, πέτυχε απώλεια μετάδοσης μόλις 0,027 dB/cm. Αυτό αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό ορόσημο, υποδεικνύοντας ότι μπορεί να πραγματοποιηθεί η επεξεργασία μεγάλης κλίμακας φωτονίων και η επεξεργασία ενός φωτονίου. Εκτός από τους οπτικούς κυματοδηγούς, έχουν αναπτυχθεί πολυάριθμες φωτονικές συσκευές υψηλής απόδοσης σε LNOI, συμπεριλαμβανομένων των συντονιστών μικρο-δακτυλίου/μικρο-δίσκου, των συζευγμένων τελικών και πλέγματος και των φωτονικών κρυστάλλων. Μια ποικιλία λειτουργικών φωτονικών συσκευών έχει επίσης δημιουργηθεί με επιτυχία. Η αξιοποίηση των εξαιρετικών ηλεκτρο-οπτικών και μη γραμμικών οπτικών επιδράσεων των κρυστάλλων Niobate (LN) του λιθίου (LN) επιτρέπει την οπτικοηλεκτρονική διαμόρφωση υψηλού ζώνη, την αποτελεσματική μη γραμμική μετατροπή και την ηλεκτρο-οπτική παραγωγή οπτικής συχνότητας, μεταξύ άλλων φωτονικών λειτουργιών. Το LN παρουσιάζει επίσης ένα ακουστικό οπτικό αποτέλεσμα. Ο ακουστικός διαμορφωτής Mach-Zehnder που παρασκευάζεται σε LNOI χρησιμοποιεί οπτομηχανικές αλληλεπιδράσεις στην μεμβράνη νιβανικού λιθίου για να μετατρέψει ένα σήμα μικροκυμάτων με συχνότητα 4,5 GHz σε φως σε μήκος κύματος 1500 nm, διευκολύνοντας την αποτελεσματική μετατροπή μικροκυμάτων προς οπίσθια σήμα.

Επιπλέον, ο ακουστικός διαμορφωτής που κατασκευάζεται σε μεμβράνη LN πάνω από ένα υπόστρωμα ζαφείρι αποφεύγει την ανάγκη για δομή ανάρτησης λόγω της υψηλής ταχύτητας του ήχου του ζαφείρι, η οποία βοηθά επίσης στη μείωση της διαρροής ακουστικού κύματος. Ο ολοκληρωμένος μετατοπιστής συχνότητας ακουστικής-οπτικής που αναπτύχθηκε σε LNOI αποδεικνύει υψηλότερη απόδοση μετατόπισης συχνότητας σε σύγκριση με εκείνες που κατασκευάστηκαν σε φιλμ νιτριδίου αλουμινίου. Έχουν γίνει επίσης πρόοδοι σε λέιζερ και ενισχυτές χρησιμοποιώντας LNOI με σπάνια γη. Ωστόσο, οι περιοχές με σπάνια γήινα πλακίδια LNOI παρουσιάζουν σημαντική απορρόφηση φωτός στην οπτική ζώνη επικοινωνίας, η οποία εμποδίζει τη φωτονική ενσωμάτωση μεγάλης κλίμακας. Η διερεύνηση του τοπικού ντόπινγκ σπάνιων γαιών στο LNOI θα μπορούσε να παράσχει μια λύση σε αυτό το ζήτημα. Το άμορφο πυρίτιο μπορεί να κατατεθεί στο LNOI για τη δημιουργία φωτοανιχνευτών. Οι προκύπτοντες φωτοανέκτες με μεταλλικό-semonductor και μεταλλικών δείχνουν μια απόκριση 22-37 MA/W σε μήκη κύματος 635-850 nm. Ταυτόχρονα, η ετερογενή ενσωμάτωση λέιζερ και ανιχνευτές ημιαγωγών III-V στο LNOI παρουσιάζει μια άλλη βιώσιμη λύση για την ανάπτυξη λέιζερ και ανιχνευτές σε αυτό το υλικό. Ωστόσο, η διαδικασία προετοιμασίας είναι πολύπλοκη και δαπανηρή, απαιτώντας βελτιώσεις για τη μείωση του κόστους και την αύξηση του ποσοστού επιτυχίας.