Lnoi wafer

Ngược lại, màng mỏng lithium niobate (lnOI wafers) cung cấp một sự tương phản chỉ số khúc xạ đáng kể, cho phép các ống dẫn sóng có bán kính chỉ hàng chục micron và mặt cắt phụ. Điều này cho phép tích hợp photon mật độ cao và giam cầm ánh sáng mạnh mẽ, tăng cường sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất.

Các tấm lnoi có thể được điều chế bằng các kỹ thuật khác nhau, bao gồm lắng đọng laser xung, phương pháp gel-gel, gu xạ Magnetron RF và lắng đọng hơi hóa học. Tuy nhiên, LNOI được sản xuất từ ​​các kỹ thuật này thường thể hiện cấu trúc đa tinh thể, dẫn đến tăng tổn thất truyền ánh sáng. Ngoài ra, có một khoảng cách đáng kể giữa các tính chất vật lý của bộ phim và của LN đơn tinh thể, tác động tiêu cực đến hiệu suất của các thiết bị quang tử.

Phương pháp tối ưu để chuẩn bị các tấm lnoi liên quan đến sự kết hợp của các quá trình như cấy ion, liên kết trực tiếp và ủ nhiệt, loại bỏ màng LN từ vật liệu LN số lượng lớn và chuyển nó vào chất nền. Kỹ thuật mài và đánh bóng cũng có thể mang lại LNOI chất lượng cao. Cách tiếp cận này giảm thiểu thiệt hại cho mạng tinh thể LN trong quá trình cấy ion và duy trì chất lượng tinh thể, với điều kiện là kiểm soát nghiêm ngặt được thực hiện trên tính đồng nhất của độ dày màng. Các tấm lnoi không chỉ giữ lại các tính chất thiết yếu như các đặc tính quang học, âm thanh và quang học phi tuyến mà còn duy trì một cấu trúc tinh thể duy nhất, có lợi cho việc đạt được tổn thất truyền quang thấp.

Ống dẫn sóng quang học là các thiết bị cơ bản trong quang tử tích hợp và các phương pháp khác nhau tồn tại để chuẩn bị. Các ống dẫn sóng trên các tấm lnoi có thể được thiết lập bằng các kỹ thuật truyền thống như trao đổi proton. Vì LN trơ về mặt hóa học, để tránh khắc, các vật liệu dễ khắc có thể được lắng đọng vào LNOI để tạo ra các ống dẫn sóng dải tải. Các vật liệu phù hợp cho các dải tải bao gồm TiO2, SiO2, SINX, TA2O5, thủy tinh chalcogenide và silicon. Một ống dẫn sóng quang LNOI được tạo ra bằng phương pháp đánh bóng cơ học hóa học đã đạt được tổn thất lan truyền 0,027 dB/cm; Tuy nhiên, bên phải ống dẫn sóng nông của nó làm phức tạp việc thực hiện các ống dẫn sóng với bán kính uốn nhỏ. Ống dẫn sóng Wafer LNOI, được điều chế bằng phương pháp khắc plasma, đạt được tổn thất truyền chỉ 0,027 dB/cm. Điều này thể hiện một cột mốc quan trọng, chỉ ra rằng tích hợp photon quy mô lớn và xử lý cấp độ đơn photon có thể được thực hiện. Ngoài các ống dẫn sóng quang học, nhiều thiết bị quang học hiệu suất cao đã được phát triển trên LNOI, bao gồm bộ cộng hưởng vi mô/đĩa micro, khớp nối kết thúc và cách ghép và tinh thể quang tử. Một loạt các thiết bị quang tử chức năng cũng đã được tạo thành công. Tận dụng các hiệu ứng quang học và phi tuyến đặc biệt của các tinh thể lithium niobate (LN) cho phép điều chế quang điện tử băng thông cao, chuyển đổi phi tuyến hiệu quả và tạo ra các chức năng kết hợp quang học có thể điều khiển bằng quang điện, giữa các chức năng quang điện tử khác. LN cũng thể hiện một hiệu ứng quang học. Bộ điều chế Mach-Zehnder quang học được điều chế trên LNOI sử dụng các tương tác cơ học trong màng lithium niobate lơ lửng để chuyển đổi tín hiệu vi sóng với tần số 4,5 GHz thành ánh sáng ở bước sóng 1500nm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi tín hiệu vi sóng hiệu quả.

Ngoài ra, bộ điều chế âm thanh được chế tạo trên màng LN phía trên chất nền sapphire tránh sự cần thiết của cấu trúc hệ thống treo do tốc độ âm thanh cao của sapphire, cũng giúp giảm rò rỉ năng lượng sóng âm. Bộ chuyển động tần số âm thanh tích hợp được phát triển trên LNOI cho thấy hiệu suất dịch chuyển tần số cao hơn so với các bộ được chế tạo trên màng nhôm nitride. Những tiến bộ cũng đã được thực hiện trong laser và bộ khuếch đại sử dụng LNOI pha tạp đất hiếm. Tuy nhiên, các vùng lnoi pha tạp đất hiếm có thể hiện sự hấp thụ ánh sáng đáng kể trong dải quang liên lạc, cản trở sự tích hợp quang tử quy mô lớn. Khám phá doping đất hiếm tại địa phương trên LNOI có thể cung cấp một giải pháp cho vấn đề này. Silicon vô định hình có thể được gửi trên LNOI để tạo ra bộ quang điện tử. Các bộ quang điện tử kim loại và kim loại kết quả cho thấy khả năng đáp ứng 22-37 Ma/W trên các bước sóng 635-850nm. Đồng thời, tích hợp đồng nhất các laser và máy dò bán dẫn III-V trên LNOI trình bày một giải pháp khả thi khác để phát triển laser và máy dò trên vật liệu này. Tuy nhiên, quá trình chuẩn bị rất phức tạp và tốn kém, đòi hỏi phải cải thiện để giảm chi phí và tăng tỷ lệ thành công.