မိတ်ဆက်
အီလက်ထရွန်းနစ်ပေါင်းစပ်ပတ်လမ်းများ (EICs) ၏ အောင်မြင်မှုမှ လှုံ့ဆော်မှုရရှိပြီး ဖိုတွန်ပေါင်းစပ်ပတ်လမ်းများ (PICs) နယ်ပယ်သည် ၁၉၆၉ ခုနှစ်တွင် စတင်တည်ထောင်ချိန်မှစ၍ တိုးတက်ပြောင်းလဲလာခဲ့သည်။ သို့သော် EIC များနှင့်မတူဘဲ၊ ကွဲပြားသော ဖိုတွန်အသုံးချမှုများကို ပံ့ပိုးပေးနိုင်သော universal platform တစ်ခု ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်ရေးသည် အဓိကစိန်ခေါ်မှုတစ်ရပ်အဖြစ် ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။ ဤဆောင်းပါးသည် နောက်မျိုးဆက် PIC များအတွက် အလားအလာကောင်းသော ဖြေရှင်းချက်တစ်ခု အလျင်အမြန်ဖြစ်လာသည့် ပေါ်ထွက်လာသော Lithium Niobate on Insulator (LNOI) နည်းပညာကို လေ့လာသည်။
LNOI နည်းပညာ ထွန်းကားလာခြင်း
လီသီယမ် နိုင်အိုဘိတ် (LN) သည် ဖိုတွန်နစ် အသုံးချမှုများအတွက် အဓိကပစ္စည်းတစ်ခုအဖြစ် ကြာမြင့်စွာကတည်းက အသိအမှတ်ပြုခံခဲ့ရသည်။ သို့သော်၊ thin-film LNOI နှင့် အဆင့်မြင့် ထုတ်လုပ်မှုနည်းပညာများ ပေါ်ပေါက်လာပြီးနောက်မှသာ ၎င်း၏ အပြည့်အဝ အလားအလာကို ဖွင့်လှစ်နိုင်ခဲ့သည်။ သုတေသီများသည် LNOI ပလက်ဖောင်းများပေါ်တွင် ultra-low-loss ridge waveguides နှင့် ultra-high-Q microresonators များကို အောင်မြင်စွာ သရုပ်ပြခဲ့ကြသည် [1]၊ ၎င်းသည် integrated photonics တွင် သိသာထင်ရှားသော ခုန်ပျံကျော်လွှားမှုတစ်ခုကို အမှတ်အသားပြုခဲ့သည်။
LNOI နည်းပညာ၏ အဓိက အားသာချက်များ
- အလင်းဆုံးရှုံးမှု အလွန်နည်းပါးခြင်း(0.01 dB/cm2 အထိ အနိမ့်ဆုံး)
- အရည်အသွေးမြင့် နာနိုဖိုတွန်နစ်ဖွဲ့စည်းပုံများ
- ကွဲပြားသော nonlinear optical လုပ်ငန်းစဉ်များအတွက် ပံ့ပိုးမှု
- ပေါင်းစပ်ထားသော အီလက်ထရို-အော့ပတစ် (EO) ချိန်ညှိနိုင်မှု
LNOI ပေါ်ရှိ Nonlinear Optical လုပ်ငန်းစဉ်များ
LNOI ပလက်ဖောင်းပေါ်တွင် တည်ဆောက်ထားသော မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ရှိသော နာနိုဖိုတိုနစ်ဖွဲ့စည်းပုံများသည် ထူးခြားသောစွမ်းဆောင်ရည်နှင့် အနည်းဆုံးပန့်ပါဝါဖြင့် အဓိက nonlinear optical လုပ်ငန်းစဉ်များကို အကောင်အထည်ဖော်နိုင်စေပါသည်။ သရုပ်ပြထားသော လုပ်ငန်းစဉ်များတွင် အောက်ပါတို့ပါဝင်သည်-
- ဒုတိယသဟဇာတဖြစ်မှုမျိုးဆက် (SHG)
- စုစုပေါင်းကြိမ်နှုန်းထုတ်လုပ်ခြင်း (SFG)
- ကွာခြားချက်ကြိမ်နှုန်းထုတ်လုပ်ခြင်း (DFG)
- ပါရာမက်ထရစ် လျှော့ချပြောင်းလဲမှု (PDC)
- လေးလှိုင်း ရောနှောခြင်း (FWM)
ဤလုပ်ငန်းစဉ်များကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ရန်အတွက် မတူညီသော phase-matching စနစ်များကို အကောင်အထည်ဖော်ခဲ့ပြီး LNOI ကို အလွန်စွယ်စုံရ nonlinear optical platform အဖြစ် တည်ထောင်ခဲ့သည်။
အီလက်ထရို-အော့ပတစ် ချိန်ညှိနိုင်သော ပေါင်းစပ်ကိရိယာများ
LNOI နည်းပညာသည် active နှင့် passive tunable photonic devices အမျိုးမျိုးကို တီထွင်နိုင်စေခဲ့ပြီး၊ ဥပမာ-
- မြန်နှုန်းမြင့် optical modulators များ
- ပြန်လည်ပြင်ဆင်သတ်မှတ်နိုင်သော ဘက်စုံသုံး PIC များ
- ကြိမ်နှုန်းညှိနိုင်သော ဘီးများ
- မိုက်ခရို-အော်ပတိုမက္ကင်းနစ် စပရိန်များ
ဤစက်ပစ္စည်းများသည် အလင်းအချက်ပြမှုများကို တိကျပြီး မြန်နှုန်းမြင့် ထိန်းချုပ်မှုကို ရရှိစေရန်အတွက် လီသီယမ် နိုင်အိုဘိတ်၏ အတွင်းပိုင်း EO ဂုဏ်သတ္တိများကို အသုံးပြုပါသည်။
LNOI ဖိုတွန်နစ်၏ လက်တွေ့အသုံးချမှုများ
LNOI-based PICs များကို ယခုအခါ အောက်ပါတို့အပါအဝင် လက်တွေ့အသုံးချမှု အများအပြားတွင် လက်ခံကျင့်သုံးနေကြပါသည်-
- မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်မှ အော့ပတစ်သို့ ပြောင်းစက်များ
- အလင်းအာရုံခံကိရိယာများ
- ချစ်ပ်ပေါ်ရှိ ရောင်စဉ်တိုင်းကိရိယာများ
- အလင်းကြိမ်နှုန်းဘီးများ
- အဆင့်မြင့် ဆက်သွယ်ရေးစနစ်များ
ဤအပလီကေးရှင်းများသည် LNOI သည် bulk-optic အစိတ်အပိုင်းများ၏ စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ကိုက်ညီမည့် အလားအလာကို သရုပ်ပြပြီး photolithographic fabrication မှတစ်ဆင့် တိုးချဲ့နိုင်သော၊ စွမ်းအင်ချွေတာသော ဖြေရှင်းချက်များကို ပေးဆောင်ပါသည်။
လက်ရှိစိန်ခေါ်မှုများနှင့် အနာဂတ်ဦးတည်ချက်များ
၎င်း၏ အလားအလာကောင်းသော တိုးတက်မှုများရှိသော်လည်း၊ LNOI နည်းပညာသည် နည်းပညာဆိုင်ရာ အခက်အခဲများစွာနှင့် ရင်ဆိုင်နေရသည်-
(က) အမြင်အာရုံဆုံးရှုံးမှုကို ပိုမိုလျှော့ချပေးခြင်း
လက်ရှိ waveguide ဆုံးရှုံးမှု (0.01 dB/cm2) သည် ပစ္စည်းစုပ်ယူမှုကန့်သတ်ချက်ထက် အဆပေါင်းများစွာ မြင့်မားနေဆဲဖြစ်သည်။ မျက်နှာပြင်ကြမ်းတမ်းမှုနှင့် စုပ်ယူမှုနှင့်ဆက်စပ်သော ချို့ယွင်းချက်များကို လျှော့ချရန်အတွက် အိုင်းယွန်းဖြတ်တောက်ခြင်းနည်းပညာများနှင့် နာနိုထုတ်လုပ်မှုတို့တွင် တိုးတက်မှုများ လိုအပ်ပါသည်။
(ခ) တိုးတက်လာသော Waveguide Geometry Control
ထပ်ခါတလဲလဲလုပ်ဆောင်နိုင်စွမ်းကို မထိခိုက်စေဘဲ သို့မဟုတ် ပျံ့နှံ့မှုဆုံးရှုံးမှုကို တိုးမြှင့်ခြင်းမရှိဘဲ sub-700 nm waveguides နှင့် sub-2 μm coupling gaps များကို enable လုပ်ခြင်းသည် integration density မြင့်မားရန်အတွက် အလွန်အရေးကြီးပါသည်။
ဂ) ချိတ်ဆက်မှု စွမ်းဆောင်ရည် မြှင့်တင်ခြင်း
tapered fiber များနှင့် mode converter များသည် မြင့်မားသော coupling efficiency ရရှိရန် ကူညီပေးသော်လည်း၊ anti-reflection coating များသည် air-material interface reflections များကို ပိုမိုလျော့ပါးစေနိုင်သည်။
(ဃ) ဆုံးရှုံးမှုနည်းသော ပိုလာရိုက်ဇေးရှင်း အစိတ်အပိုင်းများ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်ရေး
LNOI ပေါ်ရှိ Polarization-insensitive photonic devices များသည် မရှိမဖြစ်လိုအပ်ပြီး free-space polarizers များ၏ စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ကိုက်ညီသော အစိတ်အပိုင်းများ လိုအပ်ပါသည်။
(င) ထိန်းချုပ်မှု အီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ ပေါင်းစပ်ခြင်း
အလင်းဆိုင်ရာစွမ်းဆောင်ရည်ကို လျော့ကျစေခြင်းမရှိဘဲ ကြီးမားသောထိန်းချုပ်မှုအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများကို ထိရောက်စွာပေါင်းစပ်ခြင်းသည် အဓိကသုတေသနဦးတည်ချက်တစ်ခုဖြစ်သည်။
(စ) အဆင့်မြင့် အဆင့်ကိုက်ညီမှုနှင့် ပျံ့နှံ့မှုအင်ဂျင်နီယာ
sub-micron resolution တွင် ယုံကြည်စိတ်ချရသော domain patterning သည် nonlinear optics အတွက် အရေးကြီးသော်လည်း LNOI platform တွင် မရင့်ကျက်သေးသော နည်းပညာတစ်ခုအဖြစ် ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။
ဆ) ထုတ်လုပ်မှုချို့ယွင်းချက်များအတွက် လျော်ကြေးပေးခြင်း
ပတ်ဝန်းကျင်ပြောင်းလဲမှုများ သို့မဟုတ် ထုတ်လုပ်မှုကွဲလွဲမှုများကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော အဆင့်ပြောင်းလဲမှုများကို လျှော့ချရန် နည်းစနစ်များသည် လက်တွေ့ကမ္ဘာဖြန့်ကျက်မှုအတွက် မရှိမဖြစ်လိုအပ်သည်။
ဇ) ထိရောက်သော Multi-Chip Coupling
single-wafer ပေါင်းစပ်မှုကန့်သတ်ချက်များကို ကျော်လွန်ရန်အတွက် LNOI ချစ်ပ်များစွာအကြား ထိရောက်သော ချိတ်ဆက်မှုကို ကိုင်တွယ်ဖြေရှင်းရန် လိုအပ်ပါသည်။
Active နှင့် Passive အစိတ်အပိုင်းများ၏ Monolithic ပေါင်းစပ်မှု
LNOI PICs အတွက် အဓိကစိန်ခေါ်မှုမှာ အောက်ပါတို့ကဲ့သို့သော active နှင့် passive components များ၏ ကုန်ကျစရိတ်သက်သာသော monolithic ပေါင်းစပ်မှုဖြစ်သည်။
- လေဆာများ
- ရှာဖွေကိရိယာများ
- မျဉ်းမတော်သော လှိုင်းအလျား ပြောင်းလဲမှုစက်များ
- မော်ဂျူလာများ
- Multiplexer/Demultiplexer များ
လက်ရှိဗျူဟာများတွင် အောက်ပါတို့ ပါဝင်သည်-
(က) LNOI ၏ အိုင်းယွန်းဒိုပင်းလုပ်ခြင်း
သတ်မှတ်ထားသောဒေသများထဲသို့ တက်ကြွသောအိုင်းယွန်းများကို ရွေးချယ်၍ doping လုပ်ခြင်းသည် ချစ်ပ်ပေါ်ရှိ အလင်းရင်းမြစ်များဆီသို့ ဦးတည်စေနိုင်သည်။
(ခ) ချည်နှောင်ခြင်းနှင့် မတူညီသော ပေါင်းစည်းခြင်း-
ကြိုတင်ပြုလုပ်ထားသော passive LNOI PICs များကို doped LNOI layers များ သို့မဟုတ် III-V lasers များနှင့် ချိတ်ဆက်ခြင်းသည် အခြားနည်းလမ်းတစ်ခုကို ပေးပါသည်။
ဂ) Hybrid Active/Passive LNOI Wafer ထုတ်လုပ်ခြင်း-
ဆန်းသစ်သောချဉ်းကပ်မှုတွင် အိုင်းယွန်းဖြတ်တောက်ခြင်းမပြုမီ doped နှင့် undoped LN wafers များကို ချည်နှောင်ခြင်းပါဝင်ပြီး active နှင့် passive ဒေသနှစ်မျိုးလုံးပါရှိသော LNOI wafers များကိုရရှိစေသည်။
ပုံ ၁လစ်သရိုဂရပ်ဖစ်လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုတည်းက အစိတ်အပိုင်းနှစ်မျိုးလုံးကို ချောမွေ့စွာ ချိန်ညှိခြင်းနှင့် ပေါင်းစပ်ခြင်းကို ဖြစ်စေသည့် hybrid integrated active/passive PICs ၏ သဘောတရားကို သရုပ်ဖော်ထားသည်။
ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများ ပေါင်းစပ်ခြင်း
LNOI-based PICs များထဲသို့ photodetectors များပေါင်းစပ်ခြင်းသည် အပြည့်အဝလုပ်ဆောင်နိုင်သောစနစ်များဆီသို့ ဦးတည်သော နောက်ထပ်အရေးကြီးသောခြေလှမ်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ အဓိကချဉ်းကပ်မှုနှစ်ခုကို စုံစမ်းစစ်ဆေးနေဆဲဖြစ်သည်-
(က) ကွဲပြားသော ပေါင်းစည်းမှု-
တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း နာနိုဖွဲ့စည်းပုံများကို LNOI လှိုင်းလမ်းညွှန်များနှင့် ယာယီချိတ်ဆက်နိုင်သည်။ သို့သော်၊ ထောက်လှမ်းမှုစွမ်းဆောင်ရည်နှင့် တိုးချဲ့နိုင်မှုတို့တွင် တိုးတက်မှုများ လိုအပ်နေသေးသည်။
(ခ) မျဉ်းမတော်သော လှိုင်းအလျား ပြောင်းလဲမှု:
LN ၏ nonlinear ဂုဏ်သတ္တိများသည် waveguides များအတွင်း frequency conversion ကို ခွင့်ပြုပေးပြီး၊ လည်ပတ်မှု wavelength မည်သို့ပင်ရှိစေကာမူ စံ silicon photodetectors များကို အသုံးပြုနိုင်စေပါသည်။
နိဂုံးချုပ်
LNOI နည်းပညာ၏ လျင်မြန်စွာတိုးတက်မှုသည် လုပ်ငန်းကို ကျယ်ပြန့်သောအသုံးချမှုအမျိုးမျိုးကို ဝန်ဆောင်မှုပေးနိုင်သော universal PIC platform တစ်ခုနှင့် ပိုမိုနီးကပ်စေသည်။ လက်ရှိစိန်ခေါ်မှုများကို ဖြေရှင်းခြင်းနှင့် monolithic နှင့် detector integration တွင် ဆန်းသစ်တီထွင်မှုများကို ရှေ့သို့တွန်းအားပေးခြင်းဖြင့် LNOI-based PICs များသည် ဆက်သွယ်ရေး၊ ကွမ်တမ်သတင်းအချက်အလက်နှင့် sensing ကဲ့သို့သော နယ်ပယ်များကို တော်လှန်ပြောင်းလဲနိုင်သည့် အလားအလာရှိသည်။
LNOI သည် EIC များ၏ အောင်မြင်မှုနှင့် သက်ရောက်မှုနှင့် ကိုက်ညီသော တိုးချဲ့နိုင်သော PIC များ၏ ရေရှည်မျှော်မှန်းချက်ကို ဖြည့်ဆည်းပေးမည်ဟု ကတိပြုထားသည်။ Nanjing Photonics Process Platform နှင့် XiaoyaoTech Design Platform မှ လုပ်ဆောင်ချက်များကဲ့သို့ ဆက်လက်လုပ်ဆောင်နေသော R&D ကြိုးပမ်းမှုများသည် ပေါင်းစပ် photonics ၏ အနာဂတ်ကို ပုံဖော်ရာတွင် အဓိကကျပြီး နည်းပညာနယ်ပယ်များတွင် ဖြစ်နိုင်ခြေအသစ်များကို ဖွင့်လှစ်ပေးမည်ဖြစ်သည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၅ ခုနှစ်၊ ဇူလိုင်လ ၁၈ ရက်