Lnoi wafer

Motsatt tilbyr litiumniobat-tynne filmer (LNOI Wafers) en betydelig brytningsindekskontrast, slik at bølgeledere kan ha bøyende radier på bare titalls mikron og submicron tverrsnitt. Dette gir mulighet for fotonintegrasjon med høy tetthet og sterk lysinnesperring, noe som forbedrer samspillet mellom lys og materie.

LNOI-skiver kan fremstilles ved hjelp av forskjellige teknikker, inkludert pulserende laseravsetning, gel-gelmetoder, RF-magnetron-sputtering og kjemisk dampavsetning. Imidlertid viser LNOI produsert fra disse teknikkene ofte en polykrystallinsk struktur, noe som fører til økt tap av lysoverføring. I tillegg er det et betydelig gap mellom de fysiske egenskapene til filmen og de til enkeltkrystall LN, noe som påvirker ytelsen til fotoniske enheter negativt.

Den optimale metoden for å fremstille LNOI -skiver involverer en kombinasjon av prosesser som ionimplantasjon, direkte binding og termisk annealing, som fysisk skreller av LN -filmen fra bulk LN -materialet og overfører den til et underlag. Sliping og poleringsteknikker kan også gi LNOI av høy kvalitet. Denne tilnærmingen minimerer skader på LN -krystallgitteret under ionimplantasjon og opprettholder krystallkvalitet, forutsatt at det utøves streng kontroll over ensartetheten i filmtykkelsen. LNOI-skiver beholder ikke bare essensielle egenskaper som elektrooptiske, akusto-optiske og ikke-lineære optiske egenskaper, men også opprettholder en enkelt krystallstruktur, noe som er gunstig for å oppnå lavt optisk overføringstap.

Optiske bølgeledere er grunnleggende enheter i integrert fotonikk, og det finnes forskjellige metoder for deres forberedelse. Bølgeledere på LNOI -skiver kan etableres ved hjelp av tradisjonelle teknikker som protonutveksling. Siden LN er kjemisk inert, for å unngå etsing, kan lett etsede materialer avsettes på LNOI for å lage lastestripbølgeledere. Materialene som er egnet for lastestrimler inkluderer TiO2, SiO2, Sinx, TA2O5, Chalcogenide Glass og silisium. En LNOI optisk bølgeleder opprettet ved bruk av den kjemiske mekaniske poleringsmetoden har oppnådd et utbredelsestap på 0,027 dB/cm; Imidlertid kompliserer den grunne bølgelederens sidevegg realiseringen av bølgeledere med små bøyeradier. LNOI -wafer -bølgelederen, fremstilt ved bruk av en plasma -etsningsmetode, oppnådde et overføringstap på bare 0,027 dB/cm. Dette representerer en betydelig milepæl, noe som indikerer at storskala fotonintegrasjon og prosessering av enkeltfotonnivå kan realiseres. I tillegg til optiske bølgeledere, er det utviklet mange fotoniske enheter med høy ytelse på LNOI, inkludert mikro-ring/mikroskisk-resonatorer, ende- og ristkoblinger og fotoniske krystaller. Det er også opprettet en rekke funksjonelle fotoniske enheter. Å utnytte de eksepsjonelle elektrooptiske og ikke-lineære optiske effektene av litiumniobat (LN) krystaller gir mulighet for optoelektronisk modulasjon med høy båndbredde, effektiv ikke-lineær konvertering og elektrooptisk kontrollerbar optisk frekvens kamproduksjon, blant andre fotoniske funksjonaliteter. LN viser også en akusto-optisk effekt. Den akusto-optiske Mach-Zehnder-modulatoren fremstilt på LNOI bruker optomekaniske interaksjoner i den suspenderte litiumniobatfilmen for å konvertere et mikrobølgesignal med en frekvens på 4,5 GHz til lys ved en bølgelengde på 1500 nm, og tilretteleggende effektiv mikrobølgeovn-optisk signalkonvertering.

I tillegg unngår den akusto-optiske modulatoren produsert på LN-film over et safirunderlag behovet for en suspensjonsstruktur på grunn av den høye lydhastigheten til safir, noe som også bidrar til å redusere akustisk bølgeenergi-lekkasje. Den integrerte akusto-optiske frekvensskifteren utviklet på LNOI demonstrerer høyere frekvensskifteffektivitet sammenlignet med de som er produsert på aluminiumnitridfilm. Det er også gjort fremskritt i lasere og forsterkere ved bruk av sjeldne jorddopte LNOI. Imidlertid viser de sjeldne jorddopte regionene i LNOI-skiver betydelig lysabsorpsjon i det kommunikasjonsoptiske båndet, som hindrer storskala fotonisk integrasjon. Å utforske lokal sjelden jorddoping på LNOI kan gi en løsning på dette problemet. Amorf silisium kan avsettes på LNOI for å lage fotodetektorer. De resulterende metall-halvleder- og metallfotodetektorene viser en respons på 22-37 mA/W over bølgelengder på 635-850 nm. Samtidig presenterer heterogent integrerende III-V-halvlederlasere og detektorer på LNOI en annen levedyktig løsning for å utvikle lasere og detektorer på dette materialet. Forberedelsesprosessen er imidlertid kompleks og kostbar, noe som krever forbedringer for å redusere kostnadene og øke suksessraten.