லித்தியம் நியோபேட் ஆன் இன்சுலேட்டர் (LNOI): ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகளின் முன்னேற்றத்தை உந்துதல்

அறிமுகம்

மின்னணு ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகளின் (EICs) வெற்றியால் ஈர்க்கப்பட்டு, ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் (PICs) துறை 1969 இல் தொடங்கப்பட்டதிலிருந்து உருவாகி வருகிறது. இருப்பினும், EICs போலல்லாமல், பல்வேறு ஃபோட்டானிக் பயன்பாடுகளை ஆதரிக்கும் திறன் கொண்ட ஒரு உலகளாவிய தளத்தை உருவாக்குவது ஒரு பெரிய சவாலாகவே உள்ளது. இந்தக் கட்டுரை வளர்ந்து வரும் லித்தியம் நியோபேட் ஆன் இன்சுலேட்டர் (LNOI) தொழில்நுட்பத்தை ஆராய்கிறது, இது அடுத்த தலைமுறை PICs க்கு விரைவாக ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய தீர்வாக மாறியுள்ளது.

LNOI தொழில்நுட்பத்தின் எழுச்சி

லித்தியம் நியோபேட் (LN) நீண்ட காலமாக ஃபோட்டானிக் பயன்பாடுகளுக்கான ஒரு முக்கிய பொருளாக அங்கீகரிக்கப்பட்டுள்ளது. இருப்பினும், மெல்லிய-படல LNOI மற்றும் மேம்பட்ட உற்பத்தி நுட்பங்களின் வருகையுடன் மட்டுமே அதன் முழு திறனும் திறக்கப்பட்டுள்ளது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் LNOI தளங்களில் [1] அல்ட்ரா-லோ-லாஸ் ரிட்ஜ் அலை வழிகாட்டிகள் மற்றும் அல்ட்ரா-ஹை-க்யூ மைக்ரோரெசனேட்டர்களை வெற்றிகரமாக நிரூபித்துள்ளனர், இது ஒருங்கிணைந்த ஃபோட்டானிக்ஸில் குறிப்பிடத்தக்க பாய்ச்சலைக் குறிக்கிறது.

LNOI தொழில்நுட்பத்தின் முக்கிய நன்மைகள்

• மிகக் குறைந்த ஒளியியல் இழப்பு(0.01 dB/cm வரை)
• உயர்தர நானோபோடோனிக் கட்டமைப்புகள்
• பல்வேறு நேரியல் அல்லாத ஒளியியல் செயல்முறைகளுக்கான ஆதரவு
• ஒருங்கிணைந்த எலக்ட்ரோ-ஆப்டிக் (EO) ட்யூனபிலிட்டி

LNOI இல் நேரியல் அல்லாத ஒளியியல் செயல்முறைகள்

LNOI தளத்தில் உருவாக்கப்பட்ட உயர் செயல்திறன் கொண்ட நானோபோடோனிக் கட்டமைப்புகள், குறிப்பிடத்தக்க செயல்திறன் மற்றும் குறைந்தபட்ச பம்ப் சக்தியுடன் முக்கிய நேரியல் அல்லாத ஒளியியல் செயல்முறைகளை உணர உதவுகின்றன. நிரூபிக்கப்பட்ட செயல்முறைகளில் பின்வருவன அடங்கும்:

• இரண்டாவது இசைத் தலைமுறை (SHG)
• கூட்டுத்தொகை அதிர்வெண் உருவாக்கம் (SFG)
• வேறுபாடு அதிர்வெண் உருவாக்கம் (DFG)
• பாராமெட்ரிக் டவுன்-கன்வெர்ஷன் (PDC)
• நான்கு அலை கலவை (FWM)

இந்த செயல்முறைகளை மேம்படுத்த பல்வேறு கட்ட-பொருத்துதல் திட்டங்கள் செயல்படுத்தப்பட்டுள்ளன, இதனால் LNOI ஐ மிகவும் பல்துறை நேரியல் அல்லாத ஒளியியல் தளமாக நிறுவுகிறது.

மின்-ஒளியியல் ரீதியாக சரிசெய்யக்கூடிய ஒருங்கிணைந்த சாதனங்கள்

LNOI தொழில்நுட்பம் பல்வேறு வகையான செயலில் மற்றும் செயலற்ற முறையில் சரிசெய்யக்கூடிய ஃபோட்டானிக் சாதனங்களை உருவாக்கவும் உதவியுள்ளது, அவை:

• அதிவேக ஆப்டிகல் மாடுலேட்டர்கள்
• மறுகட்டமைக்கக்கூடிய மல்டிஃபங்க்ஸ்னல் PICகள்
• டியூன் செய்யக்கூடிய அதிர்வெண் சீப்புகள்
• மைக்ரோ-ஆப்டோமெக்கானிக்கல் நீரூற்றுகள்

இந்த சாதனங்கள் ஒளி சமிக்ஞைகளின் துல்லியமான, அதிவேக கட்டுப்பாட்டை அடைய லித்தியம் நியோபேட்டின் உள்ளார்ந்த EO பண்புகளைப் பயன்படுத்துகின்றன.

LNOI ஃபோட்டானிக்ஸின் நடைமுறை பயன்பாடுகள்

LNOI-அடிப்படையிலான PIC-கள் இப்போது அதிகரித்து வரும் நடைமுறை பயன்பாடுகளில் ஏற்றுக்கொள்ளப்படுகின்றன, அவற்றுள்:

• மைக்ரோவேவ்-டு-ஆப்டிகல் மாற்றிகள்
• ஆப்டிகல் சென்சார்கள்
• ஆன்-சிப் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்கள்
• ஆப்டிகல் அதிர்வெண் சீப்புகள்
• மேம்பட்ட தொலைத்தொடர்பு அமைப்புகள்

இந்தப் பயன்பாடுகள், ஃபோட்டோலித்தோகிராஃபிக் ஃபேப்ரிகேஷன் மூலம் அளவிடக்கூடிய, ஆற்றல்-திறனுள்ள தீர்வுகளை வழங்கும் அதே வேளையில், மொத்த-ஆப்டிக் கூறுகளின் செயல்திறனைப் பொருத்த LNOI இன் திறனை நிரூபிக்கின்றன.

தற்போதைய சவால்கள் மற்றும் எதிர்கால திசைகள்

நம்பிக்கைக்குரிய முன்னேற்றம் இருந்தபோதிலும், LNOI தொழில்நுட்பம் பல தொழில்நுட்ப தடைகளை எதிர்கொள்கிறது:

a) ஒளியியல் இழப்பை மேலும் குறைத்தல்
தற்போதைய அலை வழிகாட்டி இழப்பு (0.01 dB/cm) இன்னும் பொருள் உறிஞ்சுதல் வரம்பை விட அதிகமாக உள்ளது. மேற்பரப்பு கடினத்தன்மை மற்றும் உறிஞ்சுதல் தொடர்பான குறைபாடுகளைக் குறைக்க அயனி-துண்டு வெட்டும் நுட்பங்கள் மற்றும் நானோ ஃபேப்ரிகேஷனில் முன்னேற்றங்கள் தேவை.

b) மேம்படுத்தப்பட்ட அலை வழிகாட்டி வடிவியல் கட்டுப்பாடு
மீண்டும் மீண்டும் நிகழும் தன்மையை தியாகம் செய்யாமல் அல்லது பரவல் இழப்பை அதிகரிக்காமல், 700 nm க்கும் குறைவான அலை வழிகாட்டிகள் மற்றும் 2 μm க்கும் குறைவான இணைப்பு இடைவெளிகளை இயக்குவது அதிக ஒருங்கிணைப்பு அடர்த்திக்கு மிகவும் முக்கியமானது.

c) இணைப்பு செயல்திறனை மேம்படுத்துதல்
குறுகலான இழைகள் மற்றும் பயன்முறை மாற்றிகள் அதிக இணைப்பு செயல்திறனை அடைய உதவும் அதே வேளையில், பிரதிபலிப்பு எதிர்ப்பு பூச்சுகள் காற்று-பொருள் இடைமுக பிரதிபலிப்புகளை மேலும் குறைக்கும்.

ஈ) குறைந்த இழப்பு துருவமுனைப்பு கூறுகளின் வளர்ச்சி
LNOI இல் உள்ள துருவமுனைப்பு-உணர்வற்ற ஃபோட்டானிக் சாதனங்கள் அவசியமானவை, ஃப்ரீ-ஸ்பேஸ் போலரைசர்களின் செயல்திறனுடன் பொருந்தக்கூடிய கூறுகள் தேவைப்படுகின்றன.

e) கட்டுப்பாட்டு மின்னணுவியல் ஒருங்கிணைப்பு
ஒளியியல் செயல்திறனைக் குறைக்காமல் பெரிய அளவிலான கட்டுப்பாட்டு மின்னணுவியல் சாதனங்களை திறம்பட ஒருங்கிணைப்பது ஒரு முக்கிய ஆராய்ச்சி திசையாகும்.

f) மேம்பட்ட கட்ட பொருத்தம் மற்றும் சிதறல் பொறியியல்
சப்-மைக்ரான் தெளிவுத்திறனில் நம்பகமான டொமைன் பேட்டர்னிங் நேரியல் அல்லாத ஒளியியலுக்கு இன்றியமையாதது, ஆனால் LNOI தளத்தில் இது ஒரு முதிர்ச்சியடையாத தொழில்நுட்பமாகவே உள்ளது.

g) உற்பத்தி குறைபாடுகளுக்கான இழப்பீடு
சுற்றுச்சூழல் மாற்றங்கள் அல்லது உற்பத்தி மாறுபாடுகளால் ஏற்படும் கட்ட மாற்றங்களைத் தணிப்பதற்கான நுட்பங்கள் நிஜ உலகப் பயன்பாட்டிற்கு அவசியம்.

h) திறமையான மல்டி-சிப் இணைப்பு
ஒற்றை-வேஃபர் ஒருங்கிணைப்பு வரம்புகளுக்கு அப்பால் அளவிட, பல LNOI சில்லுகளுக்கு இடையே திறமையான இணைப்பை நிவர்த்தி செய்வது அவசியம்.

செயலில் மற்றும் செயலற்ற கூறுகளின் ஒற்றைக்கல் ஒருங்கிணைப்பு

LNOI PIC-களுக்கான ஒரு முக்கிய சவால், செயலில் மற்றும் செயலற்ற கூறுகளின் செலவு குறைந்த ஒற்றைக்கல் ஒருங்கிணைப்பு ஆகும், அவை:

• லேசர்கள்
• டிடெக்டர்கள்
• நேரியல் அல்லாத அலைநீள மாற்றிகள்
• மாடுலேட்டர்கள்
• மல்டிபிளெக்சர்கள்/டிமல்டிபிளெக்சர்கள்

தற்போதைய உத்திகள் பின்வருமாறு:

a) LNOI இன் அயன் டோப்பிங்:
நியமிக்கப்பட்ட பகுதிகளில் செயலில் உள்ள அயனிகளின் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட ஊக்கமருந்து சிப்பில் ஒளி மூலங்களுக்கு வழிவகுக்கும்.

b) பிணைப்பு மற்றும் பன்முக ஒருங்கிணைப்பு:
முன் தயாரிக்கப்பட்ட செயலற்ற LNOI PIC களை டோப் செய்யப்பட்ட LNOI அடுக்குகள் அல்லது III-V லேசர்களுடன் பிணைப்பது ஒரு மாற்று பாதையை வழங்குகிறது.

c) கலப்பின செயலில்/செயலற்ற LNOI வேஃபர் உற்பத்தி:
ஒரு புதுமையான அணுகுமுறை, அயன் ஸ்லைசிங்கிற்கு முன் டோப் செய்யப்பட்ட மற்றும் அன்டோப் செய்யப்பட்ட LN செதில்களைப் பிணைப்பதை உள்ளடக்கியது, இதன் விளைவாக LNOI செதில்கள் செயலில் மற்றும் செயலற்ற பகுதிகளுடன் உருவாகின்றன.

படம் 1கலப்பின ஒருங்கிணைந்த செயலில்/செயலற்ற PIC களின் கருத்தை விளக்குகிறது, அங்கு ஒரு ஒற்றை லித்தோகிராஃபிக் செயல்முறை இரண்டு வகையான கூறுகளின் தடையற்ற சீரமைப்பு மற்றும் ஒருங்கிணைப்பை செயல்படுத்துகிறது.

ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பான்களின் ஒருங்கிணைப்பு

LNOI-அடிப்படையிலான PIC-களில் ஒளிக்கற்றைகளை ஒருங்கிணைப்பது முழுமையாக செயல்படும் அமைப்புகளை நோக்கிய மற்றொரு முக்கியமான படியாகும். இரண்டு முதன்மை அணுகுமுறைகள் விசாரணையில் உள்ளன:

அ) பன்முக ஒருங்கிணைப்பு:
குறைக்கடத்தி நானோ கட்டமைப்புகளை LNOI அலை வழிகாட்டிகளுடன் தற்காலிகமாக இணைக்க முடியும். இருப்பினும், கண்டறிதல் திறன் மற்றும் அளவிடக்கூடிய தன்மையில் மேம்பாடுகள் இன்னும் தேவை.

b) நேரியல் அல்லாத அலைநீள மாற்றம்:
LN இன் நேரியல் அல்லாத பண்புகள் அலை வழிகாட்டிகளுக்குள் அதிர்வெண் மாற்றத்தை அனுமதிக்கின்றன, இது இயக்க அலைநீளத்தைப் பொருட்படுத்தாமல் நிலையான சிலிக்கான் ஒளிக்கதிர்களைப் பயன்படுத்த உதவுகிறது.

முடிவுரை

LNOI தொழில்நுட்பத்தின் விரைவான முன்னேற்றம், தொழில்துறையை பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளுக்கு சேவை செய்யும் திறன் கொண்ட ஒரு உலகளாவிய PIC தளத்திற்கு நெருக்கமாகக் கொண்டுவருகிறது. தற்போதுள்ள சவால்களை நிவர்த்தி செய்வதன் மூலமும், ஒற்றைக்கல் மற்றும் கண்டறிதல் ஒருங்கிணைப்பில் புதுமைகளை முன்னோக்கி நகர்த்துவதன் மூலமும், LNOI-அடிப்படையிலான PICகள் தொலைத்தொடர்பு, குவாண்டம் தகவல் மற்றும் உணர்தல் போன்ற துறைகளில் புரட்சியை ஏற்படுத்தும் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன.

EIC-களின் வெற்றி மற்றும் தாக்கத்தைப் பொருத்தி, அளவிடக்கூடிய PIC-களின் நீண்டகால தொலைநோக்குப் பார்வையை நிறைவேற்றும் உறுதிமொழியை LNOI கொண்டுள்ளது. நான்ஜிங் ஃபோட்டானிக்ஸ் செயல்முறை தளம் மற்றும் சியாவோயாவோடெக் வடிவமைப்பு தளம் போன்ற தொடர்ச்சியான ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டு முயற்சிகள் ஒருங்கிணைந்த ஃபோட்டானிக்ஸின் எதிர்காலத்தை வடிவமைப்பதிலும் தொழில்நுட்ப களங்களில் புதிய சாத்தியக்கூறுகளைத் திறப்பதிலும் முக்கிய பங்கு வகிக்கும்.