ម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិក លីចូម នីអូបេត ដែលរួមបញ្ចូលគ្នានូវខ្សែភាពយន្តស្តើងជាង

លីនេអ៊ែរខ្ពស់។ម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកនិងកម្មវិធីមីក្រូហ្វូតុន
ជាមួយនឹងតម្រូវការកើនឡើងនៃប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនង ដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃការបញ្ជូនសញ្ញា មនុស្សនឹងបញ្ចូលគ្នានូវហ្វូតុន និងអេឡិចត្រុង ដើម្បីសម្រេចបាននូវគុណសម្បត្តិបំពេញបន្ថែម ហើយមីក្រូហ្វូននីកនឹងកើតមក។ ម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកគឺត្រូវការសម្រាប់ការបំប្លែងអគ្គិសនីទៅជាពន្លឺចូលប្រព័ន្ធមីក្រូហ្វូនិកហើយជំហានសំខាន់នេះជាធម្មតាកំណត់ដំណើរការនៃប្រព័ន្ធទាំងមូល។ ចាប់តាំងពីការបំប្លែងសញ្ញាប្រេកង់វិទ្យុទៅជាដែនអុបទិក គឺជាដំណើរការសញ្ញាអាណាឡូក ហើយធម្មតា។ម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកមាន nonlinearity ខាងក្នុង មានការបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយសញ្ញាធ្ងន់ធ្ងរនៅក្នុងដំណើរការបំប្លែង។ ដើម្បីសម្រេចបាននូវម៉ូឌុលលីនេអ៊ែរប្រហាក់ប្រហែល ចំណុចប្រតិបត្តិការរបស់ម៉ូឌុលជាធម្មតាត្រូវបានជួសជុលនៅចំនុចលំអៀងអ័រតូហ្គោន ប៉ុន្តែវានៅតែមិនអាចបំពេញតាមតម្រូវការនៃតំណភ្ជាប់មីក្រូហ្វូនសម្រាប់លីនេអ៊ែរនៃម៉ូឌុល។ ម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកដែលមានលីនេអ៊ែរខ្ពស់គឺត្រូវការជាបន្ទាន់។

ការកែប្រែសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរល្បឿនលឿននៃសម្ភារៈស៊ីលីកុនជាធម្មតាត្រូវបានសម្រេចដោយឥទ្ធិពលនៃការបែកខ្ញែកប្លាស្មាដោយឥតគិតថ្លៃ (FCD) នៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន។ ទាំងឥទ្ធិពល FCD និងម៉ូឌុលប្រសព្វ PN គឺមិនមានលីនេអ៊ែរ ដែលធ្វើឱ្យម៉ូឌុលស៊ីលីកុនមានលីនេអ៊ែរតិចជាងម៉ូឌុលលីចូម niobate ។ សមា្ភារៈ Lithium niobate បង្ហាញយ៉ាងល្អឥតខ្ចោះម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកលក្ខណៈសម្បត្តិដោយសារតែឥទ្ធិពល Pucker របស់ពួកគេ។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ សម្ភារៈលីចូម niobate មានគុណសម្បត្តិនៃកម្រិតបញ្ជូនធំ លក្ខណៈម៉ូឌុលល្អ ការបាត់បង់ទាប ការរួមបញ្ចូលដ៏ងាយស្រួល និងភាពឆបគ្នាជាមួយនឹងដំណើរការ semiconductor ការប្រើប្រាស់ខ្សែភាពយន្តស្តើងលីចូម niobate ដើម្បីបង្កើតម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ បើប្រៀបធៀបជាមួយស៊ីលីកុន។ ស្ទើរតែមិនមាន "ចានខ្លី" ទេប៉ុន្តែក៏ដើម្បីសម្រេចបាននូវបន្ទាត់ខ្ពស់ផងដែរ។ ម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកលីចូមនីអូបេត (LNOI) ស្តើងនៅលើអ៊ីសូឡង់បានក្លាយជាទិសដៅអភិវឌ្ឍន៍ដ៏ជោគជ័យ។ ជាមួយនឹងការអភិវឌ្ឍនៃបច្ចេកវិទ្យារៀបចំសម្ភារៈលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើង និងបច្ចេកវិជ្ជា etching waveguide ប្រសិទ្ធភាពនៃការបំប្លែងខ្ពស់ និងការរួមបញ្ចូលកាន់តែខ្ពស់នៃម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើងបានក្លាយទៅជាវិស័យអប់រំអន្តរជាតិ និងឧស្សាហកម្ម។

លក្ខណៈនៃខ្សែភាពយន្តស្តើងលីចូម niobate
នៅសហរដ្ឋអាមេរិក ផែនការ DAP AR បានធ្វើការវាយតម្លៃដូចខាងក្រោមនៃវត្ថុធាតុលីចូម niobate៖ ប្រសិនបើចំណុចកណ្តាលនៃបដិវត្តន៍អេឡិចត្រូនិចត្រូវបានដាក់ឈ្មោះតាមសម្ភារៈស៊ីលីកុនដែលធ្វើឱ្យវាអាចធ្វើទៅបាន នោះទីកន្លែងកំណើតនៃបដិវត្ត photonics ទំនងជាត្រូវបានដាក់ឈ្មោះតាមលីចូម niobate ។ . នេះគឺដោយសារតែលីចូម niobate រួមបញ្ចូលឥទ្ធិពលអេឡិចត្រូអុបទិក ឥទ្ធិពលសូរស័ព្ទ-អុបទិក ឥទ្ធិពល piezoelectric ឥទ្ធិពលកម្ដៅ និងឥទ្ធិពល photorefractive ក្នុងតែមួយ ដូចជាវត្ថុធាតុស៊ីលីកុនក្នុងវិស័យអុបទិក។

នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃលក្ខណៈនៃការបញ្ជូនអុបទិក សម្ភារៈ InP មានការបាត់បង់ការបញ្ជូនដ៏ធំបំផុតនៅលើបន្ទះឈីបដោយសារតែការស្រូបយកពន្លឺនៅក្នុងក្រុមតន្រ្តី 1550nm ដែលប្រើជាទូទៅ។ SiO2 និង silicon nitride មានលក្ខណៈបញ្ជូនល្អបំផុត ហើយការបាត់បង់អាចឈានដល់កម្រិត ~ 0.01dB/cm; នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ ការបាត់បង់មគ្គុទ្ទេសក៍រលកនៃរលកមគ្គុទ្ទេសក៍លីចូម niobate ហ្វីលស្តើងអាចឈានដល់កម្រិត 0.03dB/cm ហើយការបាត់បង់មគ្គុទ្ទេសក៍រលកនៃលីចូម niobate ស្តើងមានសក្តានុពលត្រូវបានកាត់បន្ថយបន្ថែមទៀតជាមួយនឹងការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងជាបន្តបន្ទាប់នៃកម្រិតបច្ចេកវិទ្យានៅក្នុង អនាគត។ ដូច្នេះ សម្ភារៈលីចូម niobate ហ្វីលស្តើងនឹងបង្ហាញពីដំណើរការល្អសម្រាប់រចនាសម្ព័ន្ធពន្លឺអកម្ម ដូចជាផ្លូវរស្មីសំយោគ shunt និង microring ។

នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃការបង្កើតពន្លឺ, មានតែ InP មានសមត្ថភាពបញ្ចេញពន្លឺដោយផ្ទាល់; ដូច្នេះសម្រាប់ការអនុវត្តមីក្រូហ្វូតុង ចាំបាច់ត្រូវណែនាំប្រភពពន្លឺដែលមានមូលដ្ឋានលើ InP លើបន្ទះឈីបដែលរួមបញ្ចូល photonic ដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI ដោយវិធីនៃការផ្ទុកការផ្សារឡើងវិញ ឬកំណើនអេពីតាស៊ីល។ នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃម៉ូឌុលពន្លឺវាត្រូវបានសង្កត់ធ្ងន់ខាងលើថាសម្ភារៈលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើងមានភាពងាយស្រួលក្នុងការសម្រេចបាននូវកម្រិតបញ្ជូនម៉ូឌុលធំជាង តង់ស្យុងពាក់កណ្តាលរលកទាប និងការបាត់បង់ការបញ្ជូនទាបជាង InP និង Si ។ លើសពីនេះទៅទៀត ភាពលីនេអ៊ែរខ្ពស់នៃម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកនៃវត្ថុធាតុលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើងគឺចាំបាច់សម្រាប់កម្មវិធីមីក្រូហ្វូតុងទាំងអស់។

នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃការបញ្ជូនអុបទិក ការឆ្លើយតបអេឡិចត្រូអុបទិកដែលមានល្បឿនលឿននៃសម្ភារៈលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើងធ្វើឱ្យកុងតាក់អុបទិកដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI មានសមត្ថភាពប្តូរផ្លូវអុបទិកល្បឿនលឿន ហើយការប្រើប្រាស់ថាមពលនៃការផ្លាស់ប្តូរល្បឿនលឿនបែបនេះក៏មានកម្រិតទាបផងដែរ។ សម្រាប់កម្មវិធីធម្មតានៃបច្ចេកវិទ្យា microwave photon រួមបញ្ចូលគ្នា បន្ទះឈីប beamforming ដែលគ្រប់គ្រងដោយអុបទិកមានសមត្ថភាពប្តូរល្បឿនលឿនដើម្បីបំពេញតម្រូវការនៃការស្កែនពន្លឺលឿន ហើយលក្ខណៈនៃការប្រើប្រាស់ថាមពលទាបបំផុតគឺត្រូវបានសម្របតាមតម្រូវការដ៏តឹងរឹងនៃទំហំធំ។ - មាត្រដ្ឋានប្រព័ន្ធអារេដំណាក់កាល។ ទោះបីជាកុងតាក់អុបទិកដែលមានមូលដ្ឋានលើ InP ក៏អាចដឹងពីការប្តូរផ្លូវអុបទិកដែលមានល្បឿនលឿនក៏ដោយ វានឹងបង្ហាញសំលេងរំខានធំៗ ជាពិសេសនៅពេលដែលកុងតាក់អុបទិកច្រើនកម្រិតត្រូវបានរំសាយ មេគុណសំលេងរំខាននឹងកាន់តែយ៉ាប់យ៉ឺន។ សមា្ភារៈ Silicon, SiO2 និង silicon nitride អាចប្តូរផ្លូវអុបទិកបានតែតាមរយៈឥទ្ធិពលកម្តៅអុបទិក ឬឥទ្ធិពលបែកខ្ចាត់ខ្ចាយនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន ដែលមានគុណវិបត្តិនៃការប្រើប្រាស់ថាមពលខ្ពស់ និងល្បឿនប្តូរយឺត។ នៅពេលដែលទំហំអារេនៃអារេដំណាក់កាលមានទំហំធំ វាមិនអាចបំពេញតាមតម្រូវការនៃការប្រើប្រាស់ថាមពលបានទេ។

នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃការពង្រីកអុបទិក, នេះ។ឧបករណ៍ពង្រីកអុបទិក semiconductor (SOA) ដោយផ្អែកលើ InP មានភាពចាស់ទុំសម្រាប់ការប្រើប្រាស់ពាណិជ្ជកម្ម ប៉ុន្តែវាមានគុណវិបត្តិនៃមេគុណសំឡេងរំខានខ្ពស់ និងថាមពលទិន្នផលតិត្ថិភាពទាប ដែលមិនអំណោយផលដល់ការអនុវត្តមីក្រូហ្វូតុង។ ដំណើរការពង្រីកប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃខ្សែភាពយន្ដលីចូម niobate waveguide ដោយផ្អែកលើការធ្វើឱ្យសកម្មតាមកាលកំណត់ និងការដាក់បញ្ច្រាសអាចទទួលបានសំឡេងរំខានទាប និងថាមពលខ្ពស់នៅលើបន្ទះឈីប ដែលអាចបំពេញតាមតម្រូវការនៃបច្ចេកវិទ្យាមីក្រូហ្វូតុនរួមបញ្ចូលគ្នាសម្រាប់ការពង្រីកអុបទិកនៅលើបន្ទះឈីប។

នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃការរកឃើញពន្លឺ, ខ្សែភាពយន្តស្តើងលីចូម niobate មានលក្ខណៈបញ្ជូនល្អទៅពន្លឺនៅក្នុងក្រុមតន្រ្តី 1550 nm ។ មុខងារនៃការបំប្លែង photoelectric មិនអាចត្រូវបានដឹងទេ ដូច្នេះសម្រាប់កម្មវិធី microwave photon ដើម្បីបំពេញតម្រូវការនៃការបំប្លែង photoelectric នៅលើបន្ទះឈីប។ អង្គភាពរាវរក InGaAs ឬ Ge-Si ចាំបាច់ត្រូវណែនាំនៅលើបន្ទះឈីបដែលរួមបញ្ចូល photonic ដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI ដោយការផ្ទុកការផ្សារឡើងវិញ ឬការលូតលាស់របស់ epitaxial ។ នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃការភ្ជាប់ជាមួយសរសៃអុបទិក ដោយសារតែសរសៃអុបទិកខ្លួនឯងគឺជាសម្ភារៈ SiO2 វាលម៉ូដនៃ SiO2 waveguide មានកម្រិតដែលត្រូវគ្នាខ្ពស់បំផុតជាមួយនឹងវាលម៉ូដនៃសរសៃអុបទិក ហើយការភ្ជាប់គឺងាយស្រួលបំផុត។ អង្កត់ផ្ចិតនៃវាលរបៀបនៃរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ដែលបានដាក់កម្រិតយ៉ាងខ្លាំងនៃខ្សែភាពយន្តស្តើងលីចូម niobate គឺប្រហែល 1μm ដែលខុសគ្នាខ្លាំងពីវាលម៉ូដនៃសរសៃអុបទិក ដូច្នេះការបំប្លែងកន្លែងរបៀបត្រឹមត្រូវត្រូវតែធ្វើឡើងដើម្បីផ្គូផ្គងវាលរបៀបនៃសរសៃអុបទិក។

នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃការធ្វើសមាហរណកម្ម ថាតើវត្ថុធាតុផ្សេងៗមានសក្ដានុពលនៃការធ្វើសមាហរណកម្មខ្ពស់ អាស្រ័យជាចម្បងលើកាំពត់នៃមគ្គុទ្ទេសក៍រលក (រងផលប៉ះពាល់ដោយការកំណត់នៃវាលរបៀបរលក)។ មគ្គុទ្ទេសក៍រលកដែលបានដាក់កម្រិតយ៉ាងខ្លាំងអនុញ្ញាតឱ្យមានកាំពត់តូចជាង ដែលអំណោយផលដល់ការសម្រេចបាននូវការរួមបញ្ចូលខ្ពស់។ ដូច្នេះ បន្ទះរលកលីចូម niobate ហ្វីលហ្វីលស្តើងមានសក្តានុពលក្នុងការសម្រេចបាននូវការរួមបញ្ចូលខ្ពស់។ ដូច្នេះរូបរាងរបស់លីចូម niobate នៃខ្សែភាពយន្តស្តើងធ្វើឱ្យវាអាចទៅរួចសម្រាប់សម្ភារៈលីចូម niobate ពិតជាដើរតួជា "ស៊ីលីកុន" អុបទិក។ សម្រាប់ការអនុវត្តមីក្រូហ្វូតុង គុណសម្បត្តិនៃលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើងគឺច្បាស់ជាង។