អត្ថប្រយោជន៍ និងសារៈសំខាន់នៃលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើងនៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាមីក្រូហ្វូតុងរួមបញ្ចូលគ្នា
បច្ចេកវិទ្យាមីក្រូវ៉េវ photonមានគុណសម្បត្តិនៃកម្រិតបញ្ជូនការងារធំ សមត្ថភាពដំណើរការប៉ារ៉ាឡែលដ៏រឹងមាំ និងការបាត់បង់ការបញ្ជូនទាប ដែលមានសក្តានុពលក្នុងការបំបែកឧបសគ្គបច្ចេកទេសនៃប្រព័ន្ធមីក្រូវ៉េវបែបប្រពៃណី និងធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវការអនុវត្តឧបករណ៍ព័ត៌មានអេឡិចត្រូនិកយោធា ដូចជារ៉ាដា សង្គ្រាមអេឡិចត្រូនិក ការទំនាក់ទំនង និងការវាស់វែង និង គ្រប់គ្រង។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ប្រព័ន្ធមីក្រូហ្វូតុនដែលមានមូលដ្ឋានលើឧបករណ៍ដាច់ពីគ្នាមានបញ្ហាមួយចំនួនដូចជា បរិមាណធំ ទម្ងន់ធ្ងន់ និងស្ថេរភាពមិនល្អ ដែលដាក់កម្រិតយ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរលើការអនុវត្តបច្ចេកវិទ្យាមីក្រូហ្វូតុងនៅក្នុងវេទិកាដែលកើតចេញពីអវកាស និងនៅលើអាកាស។ដូច្នេះ បច្ចេកវិជ្ជាមីក្រូហ្វូតុនរួមបញ្ចូលគ្នាកំពុងក្លាយជាការគាំទ្រដ៏សំខាន់មួយដើម្បីបំបែកកម្មវិធីមីក្រូហ្វូតុងនៅក្នុងប្រព័ន្ធព័ត៌មានអេឡិចត្រូនិចយោធា និងផ្តល់នូវការលេងពេញលេញចំពោះគុណសម្បត្តិនៃបច្ចេកវិទ្យាមីក្រូហ្វូតុង។
នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ បច្ចេកវិទ្យារួមបញ្ចូល photonic ដែលមានមូលដ្ឋានលើ SI និងបច្ចេកវិទ្យាសមាហរណកម្ម photonic ដែលមានមូលដ្ឋានលើ INP កាន់តែមានភាពចាស់ទុំបន្ទាប់ពីការអភិវឌ្ឍន៍ជាច្រើនឆ្នាំនៅក្នុងវិស័យទំនាក់ទំនងអុបទិក ហើយផលិតផលជាច្រើនត្រូវបានដាក់ចូលទៅក្នុងទីផ្សារ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សម្រាប់ការប្រើប្រាស់មីក្រូហ្វូតុង មានបញ្ហាមួយចំនួននៅក្នុងបច្ចេកវិជ្ជារួមបញ្ចូលហ្វូតុងពីរប្រភេទនេះ៖ ឧទាហរណ៍ មេគុណអេឡិចត្រូអុបទិកដែលមិនមែនជាលីនេអ៊ែរនៃម៉ូឌុល Si និងម៉ូឌុល InP គឺផ្ទុយទៅនឹងភាពលីនេអ៊ែរខ្ពស់ និងលក្ខណៈថាមវន្តធំដែលបន្តដោយមីក្រូវ៉េវ។ បច្ចេកវិទ្យា photon;ឧទាហរណ៍ កុងតាក់អុបទិកស៊ីលីកុន ដែលដឹងពីការប្តូរផ្លូវអុបទិក ថាតើផ្អែកលើឥទ្ធិពលកម្ដៅ-អុបទិក ឥទ្ធិពល piezoelectric ឬឥទ្ធិពលបែកខ្ញែកនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន មានបញ្ហានៃល្បឿនប្តូរយឺត ការប្រើប្រាស់ថាមពល និងការប្រើប្រាស់កំដៅ ដែលមិនអាចបំពេញបាននូវល្បឿនលឿន។ ការស្កែនធ្នឹម និងកម្មវិធីមីក្រូហ្វូតុងខ្នាតធំ។
Lithium niobate តែងតែជាជម្រើសដំបូងសម្រាប់ល្បឿនលឿនម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកសមា្ភារៈដោយសារតែឥទ្ធិពលអេឡិចត្រូអុបទិកលីនេអ៊ែរដ៏ល្អឥតខ្ចោះរបស់វា។ទោះយ៉ាងណាលីចូម niobate ប្រពៃណីម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកត្រូវបានផលិតឡើងពីវត្ថុធាតុគ្រីស្តាល់លីចូម niobate ដ៏ធំ ហើយទំហំឧបករណ៍មានទំហំធំណាស់ ដែលមិនអាចបំពេញតាមតម្រូវការនៃបច្ចេកវិទ្យាមីក្រូហ្វូតុនរួមបញ្ចូលគ្នា។របៀបបញ្ចូលសមា្ភារៈលីចូម niobate ជាមួយនឹងមេគុណអេឡិចត្រូអុបទិកលីនេអ៊ែរទៅក្នុងប្រព័ន្ធបច្ចេកវិទ្យាមីក្រូហ្វូតុនរួមបញ្ចូលគ្នាបានក្លាយជាគោលដៅរបស់អ្នកស្រាវជ្រាវពាក់ព័ន្ធ។ក្នុងឆ្នាំ 2018 ក្រុមស្រាវជ្រាវមកពីសាកលវិទ្យាល័យ Harvard នៅសហរដ្ឋអាមេរិកបានរាយការណ៍ជាលើកដំបូងអំពីបច្ចេកវិទ្យាសមាហរណកម្ម photonic ដោយផ្អែកលើខ្សែភាពយន្តស្តើងលីចូម niobate នៅក្នុងធម្មជាតិ ដោយសារតែបច្ចេកវិទ្យានេះមានគុណសម្បត្តិនៃការរួមបញ្ចូលខ្ពស់ កម្រិតបញ្ជូនម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកធំ និងលីនេអ៊ែរខ្ពស់នៃអេឡិចត្រូ។ - បែបផែនអុបទិក នៅពេលដែលបានបើកដំណើរការភ្លាម វាបណ្តាលឱ្យមានការចាប់អារម្មណ៍លើការសិក្សា និងឧស្សាហកម្មនៅក្នុងវិស័យនៃការរួមបញ្ចូលរូបវិទ្យា និងមីក្រូហ្វូតូនិច។តាមទស្សនៈនៃកម្មវិធីមីក្រូហ្វូតុង ក្រដាសនេះពិនិត្យអំពីឥទ្ធិពល និងសារៈសំខាន់នៃបច្ចេកវិទ្យាការរួមបញ្ចូលហ្វូតុនដោយផ្អែកលើលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើងលើការអភិវឌ្ឍន៍បច្ចេកវិទ្យាមីក្រូហ្វូតុង។
សម្ភារៈលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើង និងខ្សែភាពយន្តស្តើងម៉ូឌុលលីចូម niobate
ក្នុងរយៈពេលពីរឆ្នាំថ្មីៗនេះ សម្ភារៈលីចូម niobate ប្រភេទថ្មីបានលេចចេញ ពោលគឺខ្សែភាពយន្តលីចូម niobate ត្រូវបានជំរះចេញពីគ្រីស្តាល់លីចូម niobate ដ៏ធំដោយវិធីសាស្ត្រ "ការកាត់អ៊ីយ៉ុង" និងភ្ជាប់ជាមួយ Si wafer ជាមួយនឹងស្រទាប់ទ្រនាប់ស៊ីលីកា។ បង្កើតជាសម្ភារៈ LNOI (LiNbO3-On-Insulator) [5] ដែលត្រូវបានគេហៅថាសម្ភារៈលីចូម niobate ស្តើងនៅក្នុងក្រដាសនេះ។Ridge waveguides ដែលមានកម្ពស់លើសពី 100 nanometers អាចត្រូវបានឆ្លាក់លើវត្ថុធាតុលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើងដោយដំណើរការ etching ស្ងួតដែលប្រសើរឡើង ហើយភាពខុសគ្នានៃសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរដ៏មានប្រសិទ្ធភាពនៃ waveguides ដែលបង្កើតឡើងអាចឈានដល់លើសពី 0.8 (ខ្ពស់ជាងភាពខុសគ្នាសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរនៃប្រពៃណី។ lithium niobate waveguides នៃ 0.02) ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1។ មគ្គុទ្ទេសក៍រលកដែលបានដាក់កម្រិតយ៉ាងខ្លាំងធ្វើឱ្យវាកាន់តែងាយស្រួលក្នុងការផ្គូផ្គងវាលពន្លឺជាមួយវាលមីក្រូវ៉េវ នៅពេលរចនាម៉ូឌុល។ដូច្នេះ វាមានប្រយោជន៍ក្នុងការសម្រេចបានវ៉ុលពាក់កណ្តាលរលកទាប និងកម្រិតបញ្ជូនម៉ូឌុលធំជាងក្នុងប្រវែងខ្លីជាង។
រូបរាងនៃការខាតបង់ទាបនៃ lithium niobate submicron waveguide បំបែកឧបសគ្គនៃវ៉ុលបើកបរខ្ពស់នៃម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិក lithium niobate ប្រពៃណី។គម្លាតអេឡិចត្រូតអាចត្រូវបានកាត់បន្ថយមកត្រឹម ~ 5 μm ហើយការត្រួតស៊ីគ្នារវាងវាលអគ្គិសនី និងវាលរបៀបអុបទិកត្រូវបានកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង ហើយ vπ ·L ថយចុះពីច្រើនជាង 20 V·cm ទៅតិចជាង 2.8 V·cm ។ដូច្នេះនៅក្រោមវ៉ុលពាក់កណ្តាលរលកដូចគ្នាប្រវែងនៃឧបករណ៍អាចត្រូវបានកាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំងបើប្រៀបធៀបជាមួយម៉ូឌុលប្រពៃណី។ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ បន្ទាប់ពីការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃទទឹង កម្រាស់ និងចន្លោះពេលនៃអេឡិចត្រូតរលកធ្វើដំណើរ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព ម៉ូឌុលអាចមានសមត្ថភាពនៃកម្រិតបញ្ជូនម៉ូឌុលជ្រុលខ្ពស់លើសពី 100 GHz ។
រូបភាពទី 1 (a) ការចែកចាយរបៀបគណនា និង (b) រូបភាពនៃផ្នែកឆ្លងកាត់នៃ LN waveguide
Fig.2 (a) Waveguide and electrode structure and (b) coreplate of LN modulator
ការប្រៀបធៀបនៃម៉ូឌុលលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើងជាមួយនឹងម៉ូឌុលពាណិជ្ជកម្មលីចូម niobate បែបប្រពៃណី ម៉ូឌុលដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន និងម៉ូឌុល indium phosphide (InP) និងម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកល្បឿនលឿនផ្សេងទៀតដែលមានស្រាប់ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រចំបងនៃការប្រៀបធៀបរួមមាន:
(1) ផលិតផលប្រវែងវ៉ុលពាក់កណ្តាលរលក (vπ·L, V·cm) ការវាស់ស្ទង់ប្រសិទ្ធភាពម៉ូឌុលនៃម៉ូឌុលតម្លៃតូចជាង ប្រសិទ្ធភាពម៉ូឌុលកាន់តែខ្ពស់។
(2) កម្រិតបញ្ជូនម៉ូឌុល 3 dB (GHz) ដែលវាស់ការឆ្លើយតបរបស់ម៉ូឌុលទៅនឹងម៉ូឌុលប្រេកង់ខ្ពស់;
(3) ការបាត់បង់ការបញ្ចូលអុបទិក (dB) នៅក្នុងតំបន់ម៉ូឌុល។វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញពីតារាងថាម៉ូឌុលលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើងមានគុណសម្បត្តិជាក់ស្តែងនៅក្នុងកម្រិតបញ្ជូនម៉ូឌុល វ៉ុលពាក់កណ្តាលរលក ការបាត់បង់ការបំប្លែងអុបទិកជាដើម។
ស៊ីលីកុន ដែលជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃអុបតូអេឡិចត្រូនិចរួមបញ្ចូលគ្នាត្រូវបានបង្កើតឡើងរហូតមកដល់ពេលនេះ ដំណើរការមានភាពចាស់ទុំ ការធ្វើឱ្យតូចរបស់វាអំណោយផលដល់ការរួមបញ្ចូលទ្រង់ទ្រាយធំនៃឧបករណ៍សកម្ម/អកម្ម ហើយម៉ូឌុលរបស់វាត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងទូលំទូលាយ និងស៊ីជម្រៅក្នុងវិស័យអុបទិក។ ការទំនាក់ទំនង។យន្តការម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកនៃស៊ីលីកុនគឺភាគច្រើនជាក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន ការចាក់បញ្ចូលតាមសរសៃឈាម និងការប្រមូលផ្តុំក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន។ក្នុងចំនោមពួកគេ កម្រិតបញ្ជូននៃម៉ូឌុលគឺល្អបំផុតជាមួយនឹងយន្តការ depletion កម្រិតលីនេអ៊ែរ ប៉ុន្តែដោយសារការចែកចាយវាលអុបទិកត្រួតលើគ្នាជាមួយនឹងភាពមិនស្មើគ្នានៃតំបន់ depletion ឥទ្ធិពលនេះនឹងណែនាំការបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយលំដាប់ទីពីរដែលមិនមែនជាលីនេអ៊ែរ និងការបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយកម្រិតទីបី។ លក្ខខណ្ឌ គួបផ្សំនឹងឥទ្ធិពលនៃការស្រូបចូលនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូននៅលើពន្លឺ ដែលនឹងនាំទៅដល់ការកាត់បន្ថយទំហំម៉ូឌុលអុបទិក និងការបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយសញ្ញា។
ម៉ូឌុល InP មានឥទ្ធិពលអេឡិចត្រូអុបទិកដ៏អស្ចារ្យ ហើយរចនាសម្ព័ន្ធអណ្តូងកង់ទិចពហុស្រទាប់អាចដឹងពីអត្រាខ្ពស់ជ្រុល និងម៉ូឌុលតង់ស្យុងបើកបរទាបជាមួយនឹងVπ·L រហូតដល់ 0.156V · mm ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បំរែបំរួលនៃសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរជាមួយវាលអគ្គិសនីរួមមានពាក្យលីនេអ៊ែរ និងមិនមែនលីនេអ៊ែរ ហើយការកើនឡើងនៃអាំងតង់ស៊ីតេវាលអគ្គិសនីនឹងធ្វើឱ្យឥទ្ធិពលលំដាប់ទីពីរលេចធ្លោ។ដូច្នេះ ម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិក ស៊ីលីកុន និងអ៊ីនភី ចាំបាច់ត្រូវអនុវត្តភាពលំអៀង ដើម្បីបង្កើតជាប្រសព្វ pn នៅពេលដែលវាដំណើរការ ហើយ pn ប្រសព្វនឹងនាំមកនូវការបាត់បង់ការស្រូបយកពន្លឺ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ទំហំម៉ូឌុលនៃទាំងពីរនេះគឺតូច ទំហំម៉ូឌុល InP ពាណិជ្ជកម្មគឺ 1/4 នៃម៉ូឌុល LN ។ប្រសិទ្ធភាពម៉ូឌុលខ្ពស់ សមរម្យសម្រាប់បណ្តាញបញ្ជូនអុបទិកឌីជីថលដែលមានចម្ងាយខ្លី និងដង់ស៊ីតេខ្ពស់ ដូចជាមជ្ឈមណ្ឌលទិន្នន័យជាដើម។ឥទ្ធិពលអេឡិចត្រូអុបទិកនៃលីចូម niobate មិនមានយន្តការស្រូបយកពន្លឺ និងការបាត់បង់ទាប ដែលស័ក្តិសមសម្រាប់ទំនាក់ទំនងចម្ងាយឆ្ងាយ។ការទំនាក់ទំនងអុបទិកជាមួយនឹងសមត្ថភាពធំនិងអត្រាខ្ពស់។នៅក្នុងកម្មវិធីមីក្រូហ្វូតុង មេគុណអេឡិចត្រូអុបទិករបស់ Si និង InP គឺមិនមានលីនេអ៊ែរ ដែលមិនស័ក្តិសមសម្រាប់ប្រព័ន្ធមីក្រូហ្វូតុង ដែលបន្តដំណើរការលីនេអ៊ែរខ្ពស់ និងឌីណាមិកធំ។សម្ភារៈលីចូម niobate គឺស័ក្តិសមបំផុតសម្រាប់កម្មវិធីមីក្រូហ្វូតុង ដោយសារតែមេគុណម៉ូឌុលអេឡិចត្រូអុបទិកលីនេអ៊ែរទាំងស្រុងរបស់វា។
ពេលវេលាប្រកាស៖ ថ្ងៃទី ២២ ខែមេសា ឆ្នាំ ២០២៤