Lnoi wafer

Omvendt tilbyder Lithium Niobate Thin Films (LNOI Wafers) en betydelig brydningsindekskontrast, hvilket gør det muligt for bølgeledere at have bøjningsradier på kun titusinder mikron og submicron-tværsnit. Dette giver mulighed for fotonintegration med høj densitet og stærk lysindeslutning, hvilket forbedrer samspillet mellem lys og stof.

LNOI-skiver kan tilberedes ved hjælp af forskellige teknikker, herunder pulserende laseraflejring, gel-gel-metoder, RF-magnetron-sputtering og kemisk dampaflejring. Imidlertid udviser LNOI produceret fra disse teknikker ofte en polykrystallinsk struktur, hvilket fører til øget tab af lystransmission. Derudover er der et betydeligt kløft mellem filmens fysiske egenskaber og dem med en-krystal LN, hvilket negativt påvirker ydelsen af ​​fotoniske enheder.

Den optimale metode til fremstilling af LNOI -skiver involverer en kombination af processer såsom ionimplantation, direkte binding og termisk annealing, som fysisk skræler LN -filmen fra bulk LN -materialet og overfører den til et underlag. Slibning og poleringsteknikker kan også give LNOI i høj kvalitet. Denne fremgangsmåde minimerer skader på LN -krystalgitteret under ionimplantation og opretholder krystalkvalitet, forudsat at streng kontrol udøves over ensartetheden af ​​filmtykkelsen. LNOI-skiver bevarer ikke kun essentielle egenskaber som elektrooptiske, akustooptiske og ikke-lineære optiske egenskaber, men opretholder også en enkelt krystalstruktur, hvilket er gavnligt for at opnå tab af lavt optisk transmission.

Optiske bølgeledere er grundlæggende enheder i integreret fotonik, og der findes forskellige metoder til deres forberedelse. Bølgeledere på LNOI -skiver kan etableres ved hjælp af traditionelle teknikker såsom protonudveksling. Da LN er kemisk inert, for at undgå ætsning, kan let ætsede materialer deponeres på LNOI for at skabe belastningsstrimmelbølgeledere. Materialerne, der er egnede til indlæsningsstrimler, inkluderer TiO2, SiO2, SINX, TA2O5, chalcogenidglas og silicium. En optisk bølgeleder i LNOI oprettet ved hjælp af den kemiske mekaniske poleringsmetode har opnået et forplantningstab på 0,027 dB/cm; Imidlertid komplicerer dens lavvandede bølgeleder -sidevæg realiseringen af ​​bølgeledere med små bøjningsradier. LNOI Wafer -bølgelederen, der blev fremstillet ved anvendelse af en plasma -ætsningsmetode, opnåede et transmissionstab på kun 0,027 dB/cm. Dette repræsenterer en betydelig milepæl, hvilket indikerer, at storskala fotonintegration og enkeltfoton-niveau-behandling kan realiseres. Foruden optiske bølgeledere er der udviklet adskillige fotoniske enheder med høj ydeevne på LNOI, herunder mikro-ring/mikrodiskresonatorer, slut- og gitterkoblinger og fotoniske krystaller. Der er også oprettet en række funktionelle fotoniske enheder. Udnyttelse af de ekstraordinære elektrooptiske og ikke-lineære optiske virkninger af lithium niobat (LN) krystaller giver mulighed for optoelektroniske modulering med høj båndbredde, effektiv ikke-lineær konvertering og elektro-optisk kontrollerbar optisk frekvensgenerering, blandt andre fotoniske funktionaliteter. LN udviser også en akustooptisk effekt. Den akusto-optiske Mach-Zehnder-modulator, der er forberedt på LNOI, bruger optomekaniske interaktioner i den suspenderede lithium-niobatfilm til at omdanne et mikrobølgesignal med en frekvens på 4,5 GHz til lys ved en bølgelængde på 1500 nm, hvilket letter effektiv mikrobølgeovn-optisk signalomdannelse.

Derudover undgår den akustooptiske modulator, der er fremstillet på LN-film over et safirsubstrat, behovet for en ophængsstruktur på grund af den høje lydhastighed af safir, hvilket også hjælper med at reducere den akustiske bølgeenergilækage. Den integrerede akustooptiske frekvensskifter, der er udviklet på LNOI, demonstrerer skifteeffektivitet med højere frekvens sammenlignet med dem, der er fremstillet på aluminiumsnitridfilm. Der er også gjort fremskridt inden for lasere og forstærkere ved hjælp af sjældne jorddopede LNOI. Imidlertid udviser de sjældne jorddopede regioner af LNOI-skiver betydelig lysabsorption i det optiske kommunikationsbånd, som hindrer storskala fotonisk integration. At udforske den lokale sjældne jorddoping på LNOI kunne give en løsning på dette problem. Amorf silicium kan deponeres på LNOI for at skabe fotodetektorer. De resulterende metal-halvleder og metalfotodetektorer viser en respons på 22-37 Ma/W på tværs af bølgelængder på 635-850 nm. Samtidig præsenterer heterogent integrerende III-V-halvlederlasere og detektorer på LNOI en anden levedygtig opløsning til udvikling af lasere og detektorer på dette materiale. Forberedelsesprocessen er imidlertid kompleks og kostbar, hvilket kræver forbedringer for at reducere omkostningerne og øge succesraten.