Lnoi Wafer

Umgekehrt bieten Lithium-Niobat-Dünnfilme (LNOI-Wafer) einen signifikanten Brechungsindexkontrast, der es ermöglicht, Wellenleiter nur von Zehnmikronen und Submikron-Querschnitten zu biegen. Dies ermöglicht eine Photonenintegration mit hoher Dichte und eine starke Lichtbeschränkung, wodurch die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie verbessert wird.

Lnoi-Wafer können mit verschiedenen Techniken hergestellt werden, einschließlich gepulster Laserablagerung, Gel-Gel-Methoden, HF-Magnetronsputter und chemischer Dampfabscheidung. LNOI, die aus diesen Techniken hergestellt wurden, weisen jedoch häufig eine polykristalline Struktur auf, was zu einem erhöhten Verlust der Lichtübertragung führt. Darüber hinaus besteht eine beträchtliche Lücke zwischen den physikalischen Eigenschaften des Films und denen von Einzelkristall-LN, was die Leistung photonischer Geräte negativ beeinflusst.

Die optimale Methode zur Vorbereitung von LNOI -Wafern umfasst eine Kombination von Prozessen wie Ionenimplantation, direkter Bindung und thermisches Tempern, die den LN -Film physikalisch vom losen LN -Material abziehen und auf ein Substrat übertragen. Schleifungs- und Poliertechniken können auch qualitativ hochwertige LNOI ergeben. Dieser Ansatz minimiert die Beschädigung des LN -Kristallgitters während der Ionenimplantation und behält die Kristallqualität auf, vorausgesetzt, die strenge Kontrolle wird über die Gleichmäßigkeit der Filmdicke ausgeübt. Lnoi-Wafer behalten nicht nur wesentliche Eigenschaften wie elektrooptische, akustooptische und nichtlineare optische Eigenschaften, sondern halten auch eine einzelne Kristallstruktur, die für die Erzielung eines niedrigen optischen Übertragungsverlusts von Vorteil ist.

Optische Wellenleiter sind grundlegende Geräte in der integrierten Photonik, und für ihre Vorbereitung gibt es verschiedene Methoden. Wellenleiter auf Lnoi -Wafern können mit herkömmlichen Techniken wie dem Protonenaustausch festgelegt werden. Da LN chemisch inert ist, können leicht geätzte Materialien auf das LNOI abgelagert werden, um Ladestreifenwellenleiter zu erzeugen. Die für Ladestreifen geeigneten Materialien umfassen TiO2, SiO2, SinX, Ta2O5, Chalkogenidglas und Silizium. Ein optischer LNOI -Wellenleiter, der unter Verwendung der chemischen mechanischen Poliermethode erzeugt wurde, hat einen Ausbreitungsverlust von 0,027 dB/cm erreicht. Die seichte Wellenleiter -Seitenwand kompliziert jedoch die Verwirklichung von Wellenleitern mit kleinen Biegeradien. Der LNOI -Waferwellenleiter, der unter Verwendung einer Plasma -Ätzmethode hergestellt wurde, erreichte einen Übertragungsverlust von nur 0,027 dB/cm. Dies stellt einen signifikanten Meilenstein dar, was darauf hinweist, dass eine groß angelegte Photonenintegration und eine Verarbeitung auf Einzelphotonenebene realisiert werden kann. Zusätzlich zu optischen Wellenleitern wurden auf LNOI zahlreiche photonische Hochleistungsgeräte entwickelt, darunter Mikro-Ring-/Mikroscheibenresonatoren, End- und Gitterkoppler sowie photonische Kristalle. Eine Vielzahl von funktionalen photonischen Geräten wurde ebenfalls erfolgreich erstellt. Durch die Nutzung der außergewöhnlichen elektrooptischen und nichtlinearen optischen Effekte von Lithium-Niobat-Kristallen (LN) ermöglicht die optoelektronische Modulation mit hoher Bandbreite, effiziente nichtlineare Umwandlung und elektrooptisch kontrollierbare optische Frequenz-Comb-Generation. LN zeigt auch einen akustooptischen Effekt. Der auf LNOI hergestellte akustooptische Mach-Zehnder-Modulator verwendet optomechanische Wechselwirkungen im suspendierten Lithium-Niobatfilm, um ein Mikrowellensignal mit einer Frequenz von 4,5 GHz in Licht bei einer Wellenlänge von 1500 nm zu konvertieren, was eine effiziente Umwandlung von Mikrowellen zu optisch ermöglicht.

Darüber hinaus vermeidet der auf einem LN-Film über einem Saphir-Substrat hergestellte akustooptische Modulator die Notwendigkeit einer Aufhängungsstruktur aufgrund der hohen Schallgeschwindigkeit von Saphir, die auch dazu beiträgt, die Akustikwellenenergie-Leckage zu verringern. Der in LNOI entwickelte integrierte akusto-optische Frequenzschieber zeigt eine höhere Frequenzverschiebungseffizienz im Vergleich zu denen, die auf Aluminium-Nitridfilm hergestellt wurden. Fortschritte wurden auch in Lasern und Verstärkern unter Verwendung von LNOI mit seltenen erd dotierten erzielt. Die seltenen erd dotierten Regionen von Lnoi-Wafern weisen jedoch eine signifikante leichte Absorption in der optischen Kommunikationsband auf, die die photonische Integration der großräumigen Weise behindert. Das Erforschen der lokalen Seltenerd -Doping an LNOI könnte eine Lösung für dieses Problem bieten. Amorphes Silizium kann auf LNOI abgelagert werden, um Fotodetektoren zu erstellen. Die resultierenden Metall-Sämiener- und Metallphotodetektoren zeigen eine Reaktionsfähigkeit von 22-37 mA/w über Wellenlängen von 635-850 nm. Gleichzeitig präsentiert die heterogene Integration von III-V-Halbleiterlasern und Detektoren auf LNOI eine weitere praktikable Lösung für die Entwicklung von Lasern und Detektoren für dieses Material. Der Vorbereitungsprozess ist jedoch komplex und kostspielig und erfordert jedoch Verbesserungen, um die Kosten zu senken und die Erfolgsquote zu erhöhen.