Ábhar niobáit litiam scannáin tanaí agus modúlóir niobáit litiam scannáin tanaí

Buntáistí agus suntasacht niobáit litiam scannáin tanaí i dteicneolaíocht fótóin micreathonn comhtháite

Teicneolaíocht fótóin micreathonnTá buntáistí aige maidir le bandaleithead oibre mór, cumas próiseála comhthreomhar láidir agus caillteanas tarchuir íseal, rud a bhfuil an cumas aige an bac teicniúil a bhaineann le córas micreathonn traidisiúnta a bhriseadh agus feidhmíocht trealaimh faisnéise leictreonaí míleata a fheabhsú, amhail radar, cogaíocht leictreonach, cumarsáid agus tomhas agus rialú. Mar sin féin, tá roinnt fadhbanna ag baint leis an gcóras fótóin micreathonn atá bunaithe ar fheistí scoite, amhail toirt mhór, meáchan trom agus drochchobhsaíocht, a chuireann srian mór ar chur i bhfeidhm na teicneolaíochta fótóin micreathonn in ardáin spáis agus san aer. Dá bhrí sin, tá teicneolaíocht fótóin micreathonn comhtháite ag éirí ina tacaíocht thábhachtach chun cur i bhfeidhm fótóin micreathonn i gcóras faisnéise leictreonaí míleata a bhriseadh agus lánleas a thabhairt do bhuntáistí na teicneolaíochta fótóin micreathonn.

Faoi láthair, tá teicneolaíocht chomhtháthaithe fótónach bunaithe ar SI agus teicneolaíocht chomhtháthaithe fótónach bunaithe ar INP ag éirí níos aibí tar éis blianta forbartha i réimse na cumarsáide optúla, agus tá go leor táirgí curtha ar an margadh. Mar sin féin, maidir le cur i bhfeidhm fótón micreathonnta, tá roinnt fadhbanna sna dhá chineál teicneolaíochtaí comhtháthaithe fótón seo: mar shampla, tá comhéifeacht leictrea-optúil neamhlíneach an mhodúlóra Si agus an mhodúlóra InP contrártha leis an líneacht ard agus na tréithe dinimiciúla móra a shaothraíonn teicneolaíocht fótón micreathonnta; Mar shampla, tá fadhbanna ag baint leis an lasc optúil sileacain a bhaineann lascadh cosáin optúil amach, bíodh sé bunaithe ar éifeacht theirmeach-optúil, éifeacht piezoelectric, nó éifeacht scaipthe insteallta iompróra, maidir le luas lasctha mall, tomhaltas cumhachta agus tomhaltas teasa, nach féidir leis freastal ar na hiarratais scanadh bhíoma tapa agus fótón micreathonnta ar scála mór.

Is é litiam niobáit an chéad rogha i gcónaí le haghaidh ardluaismodhnú leictrea-optúilábhair mar gheall ar a éifeacht leictrea-optúil líneach den scoth. Mar sin féin, an niobáit litiam traidisiúntamodúlóir leictrea-optúilTá sé déanta as ábhar criostail ollmhór niobáit litiam, agus tá méid an fheiste an-mhór, rud nach féidir leis freastal ar riachtanais na teicneolaíochta fótóin micreathonnta comhtháite. Tá sé mar sprioc ag taighdeoirí ábhartha conas ábhair niobáit litiam le comhéifeacht leictrea-optúil líneach a chomhtháthú i gcóras teicneolaíochta fótóin micreathonnta comhtháite. Sa bhliain 2018, thuairiscigh foireann taighde ó Ollscoil Harvard sna Stáit Aontaithe den chéad uair an teicneolaíocht chomhtháthaithe fótóineach bunaithe ar niobáit litiam scannáin tanaí in Nature, toisc go bhfuil buntáistí ag an teicneolaíocht maidir le comhtháthú ard, bandaleithead modhnú leictrea-optúil mór, agus líneacht ard éifeacht leictrea-optúil, agus nuair a seoladh í, tharraing sí aird acadúil agus tionsclaíoch láithreach i réimse an chomhtháthaithe fótóinigh agus fótóinice micreathonnta. Ó pheirspictíocht chur i bhfeidhm fótóin micreathonnta, déanann an páipéar seo athbhreithniú ar thionchar agus ar thábhacht na teicneolaíochta comhtháthaithe fótóin bunaithe ar niobáit litiam scannáin tanaí ar fhorbairt na teicneolaíochta fótóin micreathonnta.

Ábhar niobáit litiam scannáin tanaí agus scannán tanaímodúlóir niobáit litiam
Le dhá bhliain anuas, tá cineál nua ábhair niobáit litiam tagtha chun cinn, is é sin, déantar an scannán niobáit litiam a dhífholú ón gcriostal ollmhór niobáit litiam tríd an modh “slisnithe ian” agus a nascadh leis an sceallóg Si le ciseal maolánach shilice chun ábhar LNOI (LiNbO3-On-Insulator) [5] a fhoirmiú, ar a dtugtar ábhar niobáit litiam scannáin tanaí sa pháipéar seo. Is féidir treoraithe tonnta droma a bhfuil airde níos mó ná 100 nanaiméadar acu a ghreanadh ar ábhair niobáit litiam scannáin tanaí trí phróiseas greanta tirim optamaithe, agus is féidir leis an difríocht innéacs athraonta éifeachtach de na treoraithe tonnta a fhoirmítear níos mó ná 0.8 a bhaint amach (i bhfad níos airde ná an difríocht innéacs athraonta de threoraithe tonnta niobáit litiam traidisiúnta de 0.02), mar a thaispeántar i bhFíor 1. Déanann an treoraí tonnta atá srianta go láidir níos éasca an réimse solais a mheaitseáil leis an réimse micreathonnta agus an modúlóir á dhearadh. Dá bhrí sin, tá sé tairbheach voltas leaththonnta níos ísle agus bandaleithead modhnúcháin níos mó a bhaint amach i bhfad níos giorra.

Briseann cuma threoraí tonnta fo-mhicrimón niobáit litiam ísealchaillteanais an bac a bhaineann le voltas tiomána ard modúlóra leictrea-optúil niobáit litiam traidisiúnta. Is féidir an spásáil leictreoid a laghdú go ~ 5 μm, agus méadaítear an forluí idir an réimse leictreach agus an réimse mód optúil go mór, agus laghdaíonn an vπ ·L ó níos mó ná 20 V·cm go dtí níos lú ná 2.8 V·cm. Dá bhrí sin, faoin voltas leaththonnta céanna, is féidir fad an fheiste a laghdú go mór i gcomparáid leis an modúlóir traidisiúnta. Ag an am céanna, tar éis paraiméadair leithead, tiús agus eatramh an leictreoid tonnta taistil a bharrfheabhsú, mar a thaispeántar sa fhigiúr, is féidir leis an modúlóir bandaleithead modhnúcháin ultra-ard a bheith aige atá níos mó ná 100 GHz.

Fíor 1 (a) dáileadh mód ríofa agus (b) íomhá den trasghearradh de threoirthonn LN

Fíor 2 (a) Struchtúr an treoraí tonnta agus an leictreoid agus (b) pláta croí an mhodúlóra LN

I gcomparáid le modúlóirí niobáit litiam scannáin tanaí agus modúlóirí tráchtála niobáit litiam traidisiúnta, modúlóirí bunaithe ar sileacan agus modúlóirí fosfíde indiam (InP) agus modúlóirí leictrea-optúla ardluais eile atá ann cheana féin, tá na príomhpharaiméadair sa chomparáid:
(1) Táirge fad-volta leaththonnta (vπ ·L, V·cm), ag tomhas éifeachtúlacht mhodhnúcháin an mhodúlaitheora, dá lú an luach, is airde an éifeachtúlacht mhodhnúcháin;
(2) bandaleithead modhnúcháin 3 dB (GHz), a thomhaiseann freagairt an mhodúlaitheora ar mhodhnú ardmhinicíochta;
(3) Caillteanas ionchuir optúil (dB) sa réigiún modhnúcháin. Is léir ón tábla go bhfuil buntáistí soiléire ag modúlóir niobáit litiam scannáin tanaí i mbandaleithead modhnúcháin, voltas leaththonnta, caillteanas idirshuíomh optúil agus mar sin de.

Tá sileacan, mar chloch choirnéil na n-optoelectronics comhtháite, forbartha go dtí seo, tá an próiseas aibí, tá a mhiondealú fabhrach do chomhtháthú mórscála feistí gníomhacha/éighníomhacha, agus tá staidéar fairsing agus domhain déanta ar a mhodúlóir i réimse na cumarsáide optúla. Is é an mheicníocht mhodhnúcháin leictrea-optúil atá ag sileacan ná ídiú iompróra, instealladh iompróra agus carnadh iompróra den chuid is mó. Ina measc, tá bandaleithead an mhodúlóra optamach leis an meicníocht ídithe iompróra céime líneach, ach toisc go bhfuil forluí idir dáileadh an réimse optúil agus neamh-aonfhoirmeacht an réigiúin ídithe, tabharfaidh an éifeacht seo isteach téarmaí saobhadh neamhlíneach dara ord agus saobhadh idirmhodhnúcháin tríú ord, mar aon le héifeacht ionsúcháin an iompróra ar an solas, rud a fhágfaidh laghdú ar aimplitiúid an mhodhnúcháin optúil agus ar shaobhadh an chomhartha.

Tá éifeachtaí leictrea-optúla den scoth ag an modúlóir InP, agus is féidir leis an struchtúr tobair chandamach ilchiseal modúlóirí ráta thar a bheith ard agus voltas tiomána íseal a bhaint amach le Vπ·L suas le 0.156V·mm. Mar sin féin, áirítear téarmaí líneacha agus neamhlíneacha san athrú ar an innéacs athraonta leis an réimse leictreach, agus cuirfidh méadú ar dhéine an réimse leictrigh an éifeacht dara hord chun cinn. Dá bhrí sin, ní mór do mhodúlóirí leictrea-optúla sileacain agus InP claonadh a chur i bhfeidhm chun acomhal pn a fhoirmiú nuair a bhíonn siad ag obair, agus beidh caillteanas ionsúcháin solais mar thoradh ar acomhal pn. Mar sin féin, tá méid an mhodúlóra seo beag, agus is é 1/4 de mhéid an mhodúlóra LN méid an mhodúlóra tráchtála InP. Éifeachtúlacht ard mhodhnúcháin, oiriúnach do líonraí tarchuir optúla digiteacha ard-dlúis agus gearr-achair amhail ionaid sonraí. Níl aon mheicníocht ionsúcháin solais agus caillteanas íseal ag éifeacht leictrea-optúil niobáit litiam, atá oiriúnach do chomhleanúnachas fad-achair.cumarsáid optúille cumas mór agus ráta ard. I bhfeidhmchlár fótóin micreathonnta, níl comhéifeachtaí leictrea-optúla Si agus InP líneach, rud nach bhfuil oiriúnach don chóras fótóin micreathonnta a shaothraíonn líneacht ard agus dinimic mhór. Tá an t-ábhar niobáit litiam an-oiriúnach d'fheidhmchlár fótóin micreathonnta mar gheall ar a chomhéifeacht modhnúcháin leictrea-optúil atá go hiomlán líneach.