හැඳින්වීම
ඉලෙක්ට්‍රොනික ඒකාබද්ධ පරිපථ (EIC) වල සාර්ථකත්වයෙන් ආභාෂය ලැබූ ෆෝටෝනික් ඒකාබද්ධ පරිපථ (PIC) ක්ෂේත්‍රය 1969 දී එහි ආරම්භයේ සිටම පරිණාමය වෙමින් පවතී. කෙසේ වෙතත්, EIC මෙන් නොව, විවිධ ෆෝටෝනික් යෙදුම් සඳහා සහාය විය හැකි විශ්වීය වේදිකාවක් සංවර්ධනය කිරීම ප්‍රධාන අභියෝගයක් ලෙස පවතී. මෙම ලිපියෙන් ඊළඟ පරම්පරාවේ PIC සඳහා වේගයෙන් පොරොන්දු වූ විසඳුමක් බවට පත්ව ඇති නැගී එන ලිතියම් නියෝබේට් ඔන් ඉන්සියුලේටර් (LNOI) තාක්ෂණය ගවේෂණය කරයි.
LNOI තාක්ෂණයේ නැගීම
ලිතියම් නියෝබේට් (LN) ෆෝටෝනික් යෙදුම් සඳහා ප්‍රධාන ද්‍රව්‍යයක් ලෙස බොහෝ කලක සිට හඳුනාගෙන ඇත. කෙසේ වෙතත්, තුනී පටල LNOI සහ උසස් නිෂ්පාදන ශිල්පීය ක්‍රම පැමිණීමත් සමඟ පමණක් එහි සම්පූර්ණ විභවය විවෘත කර ඇත. පර්යේෂකයන් LNOI වේදිකා මත අතිශය අඩු-අඩු-පාඩු රිජ් තරංග මාර්ගෝපදේශ සහ අතිශය ඉහළ-Q ක්ෂුද්‍ර අනුනාදක සාර්ථකව නිරූපණය කර ඇත [1], ඒකාබද්ධ ෆෝටෝනික්ස් හි සැලකිය යුතු පිම්මක් සනිටුහන් කරයි.
LNOI තාක්ෂණයේ ප්‍රධාන වාසි
- අතිශය අඩු දෘශ්‍ය අලාභය(0.01 dB/cm තරම් අඩු)
- උසස් තත්ත්වයේ නැනෝෆොටෝනික් ව්‍යුහයන්
- විවිධ රේඛීය නොවන දෘශ්‍ය ක්‍රියාවලීන් සඳහා සහාය
- ඒකාබද්ධ විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය (EO) සුසර කිරීමේ හැකියාව
LNOI මත රේඛීය නොවන දෘශ්‍ය ක්‍රියාවලීන්
LNOI වේදිකාව මත නිපදවන ලද ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත නැනෝෆොටෝනික් ව්‍යුහයන්, කැපී පෙනෙන කාර්යක්ෂමතාවයකින් සහ අවම පොම්ප බලයකින් යුත් ප්‍රධාන රේඛීය නොවන දෘශ්‍ය ක්‍රියාවලීන් සාක්ෂාත් කර ගැනීමට හැකියාව ලබා දෙයි. ප්‍රදර්ශනය කරන ලද ක්‍රියාවලීන්ට ඇතුළත් වන්නේ:
- දෙවන හාර්මොනික් පරම්පරාව (SHG)
- එකතුව සංඛ්‍යාත උත්පාදනය (SFG)
- වෙනස සංඛ්‍යාත උත්පාදනය (DFG)
- පරාමිතික පහළට පරිවර්තනය (PDC)
- සිව්-තරංග මිශ්‍ර කිරීම (FWM)
මෙම ක්‍රියාවලීන් ප්‍රශස්ත කිරීම සඳහා විවිධ අවධි-ගැලපුම් යෝජනා ක්‍රම ක්‍රියාත්මක කර ඇති අතර, LNOI ඉතා බහුකාර්ය රේඛීය නොවන දෘශ්‍ය වේදිකාවක් ලෙස ස්ථාපිත කර ඇත.
විද්‍යුත්-දෘශ්‍යමය වශයෙන් සුසර කළ හැකි ඒකාබද්ධ උපාංග
LNOI තාක්ෂණය මඟින් පුළුල් පරාසයක ක්‍රියාකාරී සහ නිෂ්ක්‍රීය සුසර කළ හැකි ෆෝටෝනික් උපාංග සංවර්ධනය කිරීමට ද හැකියාව ලැබී ඇත, ඒවා නම්:
- අධිවේගී දෘශ්‍ය මොඩියුලේටර්
- නැවත වින්‍යාසගත කළ හැකි බහුකාර්ය PIC
- සුසර කළ හැකි සංඛ්‍යාත පනා
- ක්ෂුද්‍ර-දෘශ්‍ය යාන්ත්‍රික උල්පත්
මෙම උපාංග ආලෝක සංඥාවල නිරවද්‍ය, අධිවේගී පාලනයක් ලබා ගැනීම සඳහා ලිතියම් නියෝබේට් වල ආවේණික EO ගුණාංග උපයෝගී කර ගනී.
LNOI ෆෝටෝනික්ස් හි ප්‍රායෝගික යෙදුම්
LNOI-පාදක PIC දැන් ප්‍රායෝගික යෙදුම් ගණනාවක භාවිතා වෙමින් පවතී, ඒවාට ඇතුළත් වන්නේ:
- මයික්‍රෝවේව්-සිට-දෘශ්‍ය පරිවර්තක
- දෘශ්‍ය සංවේදක
- චිප මත ඇති වර්ණාවලීක්ෂමාන
- දෘශ්‍ය සංඛ්‍යාත පනා
- දියුණු විදුලි සංදේශ පද්ධති
මෙම යෙදුම් මගින් LNOI හි තොග-දෘශ්‍ය සංරචකවල ක්‍රියාකාරිත්වයට ගැළපෙන විභවය පෙන්නුම් කරන අතරම, ෆොටෝලිතෝග්‍රැෆික් නිෂ්පාදනය හරහා පරිමාණය කළ හැකි, බලශක්ති-කාර්යක්ෂම විසඳුම් ලබා දෙයි.
වත්මන් අභියෝග සහ අනාගත දිශාවන්
පොරොන්දු වූ ප්‍රගතියක් තිබියදීත්, LNOI තාක්ෂණය තාක්ෂණික බාධක කිහිපයකට මුහුණ දෙයි:
අ) දෘශ්‍ය අලාභය තවදුරටත් අඩු කිරීම
වත්මන් තරංග මාර්ගෝපදේශ අලාභය (0.01 dB/cm) තවමත් ද්‍රව්‍ය අවශෝෂණ සීමාවට වඩා විශාලත්වයේ අනුපිළිවෙලකි. මතුපිට රළුබව සහ අවශෝෂණයට අදාළ දෝෂ අඩු කිරීම සඳහා අයන-පෙති කැපීමේ ශිල්පීය ක්‍රම සහ නැනෝ රෙදිපිළිකරණයේ දියුණුව අවශ්‍ය වේ.
b) වැඩිදියුණු කළ තරංග මාර්ගෝපදේශ ජ්‍යාමිතික පාලනය
පුනරාවර්තන හැකියාව හෝ ප්‍රචාරණ අලාභය වැඩි නොකර, 700 nm ට අඩු තරංග මාර්ගෝපදේශ සහ 2 μm ට අඩු සම්බන්ධක පරතරයන් සක්‍රීය කිරීම ඉහළ ඒකාබද්ධතා ඝනත්වය සඳහා ඉතා වැදගත් වේ.
ඇ) සම්බන්ධක කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම
ෙට්පර්ඩ් තන්තු සහ මාදිලි පරිවර්තක ඉහළ සම්බන්ධක කාර්යක්ෂමතාවයක් ලබා ගැනීමට උපකාරී වන අතර, ප්‍රති-පරාවර්තන ආලේපන මඟින් වායු-ද්‍රව්‍ය අතුරුමුහුණත් පරාවර්තන තවදුරටත් අවම කළ හැකිය.
ඈ) අඩු පාඩු ධ්‍රැවීකරණ සංරචක සංවර්ධනය කිරීම
LNOI හි ධ්‍රැවීකරණ-සංවේදී නොවන ෆෝටෝනික් උපාංග අත්‍යවශ්‍ය වන අතර, නිදහස්-අවකාශ ධ්‍රැවීකරණවල ක්‍රියාකාරිත්වයට ගැලපෙන සංරචක අවශ්‍ය වේ.
e) පාලන ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ ඒකාබද්ධ කිරීම
දෘශ්‍ය කාර්ය සාධනය පිරිහීමෙන් තොරව මහා පරිමාණ පාලන ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ ඵලදායී ලෙස ඒකාබද්ධ කිරීම ප්‍රධාන පර්යේෂණ දිශාවකි.
f) උසස් අදියර ගැලපීම සහ විසරණ ඉංජිනේරු විද්‍යාව
උප-මයික්‍රෝන විභේදනයේදී විශ්වාසදායක වසම් රටාකරණය රේඛීය නොවන ප්‍රකාශ විද්‍යාව සඳහා අත්‍යවශ්‍ය වන නමුත් LNOI වේදිකාවේ නොමේරූ තාක්ෂණයක් ලෙස පවතී.
උ) නිෂ්පාදන දෝෂ සඳහා වන්දි
පාරිසරික වෙනස්කම් හෝ නිෂ්පාදන විචලනයන් නිසා ඇතිවන අවධි මාරුවීම් අවම කිරීමේ ශිල්පීය ක්‍රම සැබෑ ලෝකයේ යෙදවීම සඳහා අත්‍යවශ්‍ය වේ.
h) කාර්යක්ෂම බහු-චිප් සම්බන්ධ කිරීම
තනි-වේෆර් ඒකාබද්ධ කිරීමේ සීමාවන් ඉක්මවා පරිමාණය කිරීම සඳහා බහු LNOI චිප් අතර කාර්යක්ෂම සම්බන්ධ කිරීම ආමන්ත්‍රණය කිරීම අවශ්‍ය වේ.
ක්‍රියාකාරී සහ නිෂ්ක්‍රීය සංරචකවල ඒකලිතික ඒකාබද්ධතාවය
LNOI PIC සඳහා ඇති ප්‍රධාන අභියෝගයක් වන්නේ ක්‍රියාකාරී සහ නිෂ්ක්‍රීය සංරචකවල පිරිවැය-ඵලදායී ඒකලිතික ඒකාබද්ධ කිරීමයි:
- ලේසර්
- අනාවරක
- රේඛීය නොවන තරංග ආයාම පරිවර්තක
- මොඩියුලේටර්
- බහුපද්ධති/ඩිමල්ටිප්ලෙක්සර්
වත්මන් උපාය මාර්ගවලට ඇතුළත් වන්නේ:
a) LNOI හි අයන මාත්‍රණය:
නම් කරන ලද ප්‍රදේශවලට ක්‍රියාකාරී අයන තෝරාගත් මාත්‍රණය කිරීම චිපයේ ආලෝක ප්‍රභවයන් ඇති කිරීමට හේතු විය හැක.
ආ) බන්ධනය සහ විෂමජාතීය ඒකාබද්ධ කිරීම:
මාත්‍රණය කරන ලද LNOI ස්ථර හෝ III-V ලේසර් සමඟ පෙර සැකසූ නිෂ්ක්‍රීය LNOI PIC බන්ධනය කිරීම විකල්ප මාර්ගයක් සපයයි.
ඇ) දෙමුහුන් ක්‍රියාකාරී/නිෂ්ක්‍රීය LNOI වේෆර් නිෂ්පාදනය:
නව්‍ය ප්‍රවේශයක් වන්නේ අයන පෙති කැපීමට පෙර මාත්‍රණය කරන ලද සහ අහෝසි කරන ලද LN වේෆර් බන්ධනය කිරීමයි, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ක්‍රියාකාරී සහ නිෂ්ක්‍රීය කලාප දෙකම සහිත LNOI වේෆර් ඇති වේ.
රූපය 1තනි ලිතෝග්‍රැෆික් ක්‍රියාවලියක් මඟින් සංරචක වර්ග දෙකම බාධාවකින් තොරව පෙළගැස්වීමට සහ ඒකාබද්ධ කිරීමට හැකියාව ලබා දෙන දෙමුහුන් ඒකාබද්ධ ක්‍රියාකාරී/නිෂ්ක්‍රීය PIC සංකල්පය නිරූපණය කරයි.
ෆොටෝඩෙටෙක්ටර් ඒකාබද්ධ කිරීම
LNOI-පාදක PIC වලට ෆොටෝඩෙටෙක්ටර් ඒකාබද්ධ කිරීම සම්පූර්ණයෙන්ම ක්‍රියාකාරී පද්ධති සඳහා තවත් තීරණාත්මක පියවරකි. ප්‍රාථමික ප්‍රවේශයන් දෙකක් විමර්ශනය වෙමින් පවතී:
අ) විෂමජාතීය ඒකාබද්ධතාවය:
අර්ධ සන්නායක නැනෝ ව්‍යුහයන් LNOI තරංග මාර්ගෝපදේශ සමඟ තාවකාලිකව සම්බන්ධ කළ හැක. කෙසේ වෙතත්, හඳුනාගැනීමේ කාර්යක්ෂමතාව සහ පරිමාණය කිරීමේ වැඩිදියුණු කිරීම් තවමත් අවශ්‍ය වේ.
b) රේඛීය නොවන තරංග ආයාම පරිවර්තනය:
LN හි රේඛීය නොවන ගුණාංග තරංග මාර්ගෝපදේශ තුළ සංඛ්‍යාත පරිවර්තනයට ඉඩ සලසයි, එමඟින් මෙහෙයුම් තරංග ආයාමය නොසලකා සම්මත සිලිකන් ප්‍රභා අනාවරක භාවිතා කිරීමට හැකි වේ.
නිගමනය
LNOI තාක්ෂණයේ වේගවත් දියුණුව කර්මාන්තය පුළුල් පරාසයක යෙදුම් සඳහා සේවය කළ හැකි විශ්වීය PIC වේදිකාවකට සමීප කරයි. පවතින අභියෝගවලට මුහුණ දීමෙන් සහ මොනොලිතික් සහ අනාවරක ඒකාබද්ධතාවයේ නවෝත්පාදනයන් ඉදිරියට ගෙන යාමෙන්, LNOI මත පදනම් වූ PIC වලට විදුලි සංදේශ, ක්වොන්ටම් තොරතුරු සහ සංවේදනය වැනි ක්ෂේත්‍රවල විප්ලවීය වෙනසක් කිරීමට හැකියාව ඇත.
EIC වල සාර්ථකත්වය හා බලපෑමට ගැලපෙන පරිදි, පරිමාණය කළ හැකි PIC වල දිගුකාලීන දැක්ම ඉටු කිරීමේ පොරොන්දුව LNOI සතුව ඇත. නැන්ජින් ෆෝටෝනික්ස් ක්‍රියාවලි වේදිකාව සහ XiaoyaoTech නිර්මාණ වේදිකාව වැනි අඛණ්ඩ පර්යේෂණ සහ සංවර්ධන උත්සාහයන් ඒකාබද්ධ ෆෝටෝනික්ස් වල අනාගතය හැඩගැස්වීමේදී සහ තාක්ෂණ වසම් හරහා නව හැකියාවන් විවෘත කිරීමේදී තීරණාත්මක වනු ඇත.
පළ කිරීමේ කාලය: ජූලි-18-2025