សេចក្តីផ្តើម
ដោយទទួលបានការបំផុសគំនិតពីភាពជោគជ័យនៃសៀគ្វីរួមបញ្ចូលអេឡិចត្រូនិក (EICs) វិស័យសៀគ្វីរួមបញ្ចូលហ្វូតូនិក (PICs) បានវិវត្តន៍ចាប់តាំងពីការបង្កើតឡើងក្នុងឆ្នាំ 1969។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ មិនដូច EICs ទេ ការអភិវឌ្ឍវេទិកាសកលដែលមានសមត្ថភាពគាំទ្រកម្មវិធីហ្វូតូនិកចម្រុះនៅតែជាបញ្ហាប្រឈមដ៏ធំមួយ។ អត្ថបទនេះស្វែងយល់ពីបច្ចេកវិទ្យា Lithium Niobate on Insulator (LNOI) ដែលកំពុងលេចចេញ ដែលបានក្លាយជាដំណោះស្រាយដ៏ជោគជ័យយ៉ាងឆាប់រហ័សសម្រាប់ PICs ជំនាន់ក្រោយ។
ការកើនឡើងនៃបច្ចេកវិទ្យា LNOI
លីចូមនីអូបេត (LN) ត្រូវបានគេទទួលស្គាល់ជាយូរមកហើយថាជាសម្ភារៈសំខាន់សម្រាប់កម្មវិធីហ្វូតូនិក។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ មានតែជាមួយនឹងការមកដល់នៃ LNOI ស្រទាប់ស្តើង និងបច្ចេកទេសផលិតកម្រិតខ្ពស់ប៉ុណ្ណោះដែលសក្តានុពលពេញលេញរបស់វាត្រូវបានដោះសោ។ អ្នកស្រាវជ្រាវបានបង្ហាញដោយជោគជ័យនូវរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ជួរភ្នំដែលមានការបាត់បង់ទាបបំផុត និងមីក្រូរេសូណាទ័រ Q ខ្ពស់បំផុតនៅលើវេទិកា LNOI [1] ដែលជាការលោតផ្លោះដ៏សំខាន់មួយនៅក្នុងហ្វូតូនិករួមបញ្ចូលគ្នា។
គុណសម្បត្តិសំខាន់ៗនៃបច្ចេកវិទ្យា LNOI
- ការបាត់បង់អុបទិកទាបបំផុត(ទាបដល់ 0.01 dB/cm2)
- រចនាសម្ព័ន្ធណាណូហ្វូតូនិកដែលមានគុណភាពខ្ពស់
- ការគាំទ្រសម្រាប់ដំណើរការអុបទិកមិនមែនលីនេអ៊ែរចម្រុះ
- សមត្ថភាពលៃតម្រូវអេឡិចត្រូអុបទិក (EO) រួមបញ្ចូលគ្នា
ដំណើរការអុបទិកមិនមែនលីនេអ៊ែរលើ LNOI
រចនាសម្ព័ន្ធណាណូហ្វូតូនិកដែលមានដំណើរការខ្ពស់ដែលផលិតនៅលើវេទិកា LNOI អាចឱ្យមានការសម្រេចបាននូវដំណើរការអុបទិកមិនមែនលីនេអ៊ែរសំខាន់ៗជាមួយនឹងប្រសិទ្ធភាពគួរឱ្យកត់សម្គាល់ និងថាមពលបូមតិចតួចបំផុត។ ដំណើរការដែលបានបង្ហាញរួមមាន៖
- ជំនាន់អាម៉ូនិកទីពីរ (SHG)
- ការបង្កើតប្រេកង់សរុប (SFG)
- ការបង្កើតប្រេកង់ភាពខុសគ្នា (DFG)
- ការបម្លែងប៉ារ៉ាម៉ែត្រចុះក្រោម (PDC)
- ការលាយបញ្ចូលគ្នាបួនរលក (FWM)
គ្រោងការណ៍ផ្គូផ្គងដំណាក់កាលផ្សេងៗត្រូវបានអនុវត្តដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពដំណើរការទាំងនេះ ដោយបង្កើត LNOI ជាវេទិកាអុបទិកមិនមែនលីនេអ៊ែរដែលអាចបត់បែនបានខ្ពស់។
ឧបករណ៍រួមបញ្ចូលគ្នាដែលអាចលៃតម្រូវបានដោយអេឡិចត្រូអុបទិក
បច្ចេកវិទ្យា LNOI ក៏បានអនុញ្ញាតឱ្យមានការអភិវឌ្ឍឧបករណ៍ហ្វូតូនិកសកម្ម និងអកម្មជាច្រើនប្រភេទ ដូចជា៖
- ឧបករណ៍កែប្រែអុបទិកល្បឿនលឿន
- PIC ពហុមុខងារដែលអាចកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធឡើងវិញបាន
- សិតសក់ប្រេកង់ដែលអាចលៃតម្រូវបាន
- ស្ព្រីងមីក្រូអុបតូមេកានិក
ឧបករណ៍ទាំងនេះទាញយកអត្ថប្រយោជន៍ពីលក្ខណៈសម្បត្តិ EO ដើមរបស់លីចូម នីអូបេត ដើម្បីសម្រេចបាននូវការគ្រប់គ្រងសញ្ញាពន្លឺដែលមានភាពច្បាស់លាស់ និងល្បឿនលឿន។
ការអនុវត្តជាក់ស្តែងនៃហ្វូតូនិក LNOI
PICs ដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI ឥឡូវនេះកំពុងត្រូវបានអនុម័តនៅក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែងកាន់តែច្រើនឡើងៗ រួមមាន៖
- ឧបករណ៍បម្លែងមីក្រូវ៉េវទៅជាអុបទិក
- ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអុបទិក
- វិសាលគមម៉ែត្រនៅលើបន្ទះឈីប
- សិតសក់ប្រេកង់អុបទិក
- ប្រព័ន្ធទូរគមនាគមន៍ទំនើបៗ
កម្មវិធីទាំងនេះបង្ហាញពីសក្តានុពលរបស់ LNOI ក្នុងការផ្គូផ្គងនឹងដំណើរការនៃសមាសធាតុអុបទិកច្រើន ខណៈពេលដែលផ្តល់ជូននូវដំណោះស្រាយដែលអាចធ្វើមាត្រដ្ឋានបាន និងមានប្រសិទ្ធភាពថាមពលតាមរយៈការផលិតឡាស៊ែររូបថត។
បញ្ហាប្រឈមបច្ចុប្បន្ន និងទិសដៅនាពេលអនាគត
បើទោះបីជាមានវឌ្ឍនភាពដ៏ជោគជ័យក៏ដោយ បច្ចេកវិទ្យា LNOI ប្រឈមមុខនឹងឧបសគ្គបច្ចេកទេសមួយចំនួន៖
ក) កាត់បន្ថយការបាត់បង់អុបទិកបន្ថែមទៀត
ការបាត់បង់រលកនាំផ្លូវបច្ចុប្បន្ន (0.01 dB/cm2) នៅតែខ្ពស់ជាងដែនកំណត់នៃការស្រូបយកសម្ភារៈ។ ការរីកចម្រើននៃបច្ចេកទេសកាត់អ៊ីយ៉ុង និងការផលិតណាណូ គឺត្រូវការជាចាំបាច់ ដើម្បីកាត់បន្ថយភាពរដុបនៃផ្ទៃ និងពិការភាពទាក់ទងនឹងការស្រូបយក។
ខ) ការគ្រប់គ្រងធរណីមាត្ររលកនាំផ្លូវប្រសើរឡើង
ការបើកដំណើរការរលកណែនាំក្រោម 700 nm និងគម្លាតភ្ជាប់ក្រោម 2 μm ដោយមិនបាត់បង់ភាពធ្វើម្តងទៀត ឬបង្កើនការបាត់បង់ការសាយភាយគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ដង់ស៊ីតេសមាហរណកម្មខ្ពស់។
គ) ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃការភ្ជាប់
ខណៈពេលដែលសរសៃរាងសាជី និងឧបករណ៍បម្លែងម៉ូដជួយសម្រេចបានប្រសិទ្ធភាពភ្ជាប់ខ្ពស់ ថ្នាំកូតប្រឆាំងនឹងការឆ្លុះបញ្ចាំងអាចកាត់បន្ថយការឆ្លុះបញ្ចាំងពីចំណុចប្រទាក់ខ្យល់-សម្ភារៈបន្ថែមទៀត។
ឃ) ការអភិវឌ្ឍសមាសធាតុប៉ូឡារីសាស្យុងដែលមានការបាត់បង់ទាប
ឧបករណ៍ហ្វូតូនិកដែលមិនងាយនឹងបង្កជាប៉ូលារីសេនៅលើ LNOI គឺមានសារៈសំខាន់ ដែលតម្រូវឱ្យមានសមាសធាតុដែលត្រូវគ្នានឹងដំណើរការរបស់ប៉ូលារីសេក្នុងលំហទំនេរ។
ង) ការរួមបញ្ចូលអេឡិចត្រូនិចត្រួតពិនិត្យ
ការរួមបញ្ចូលឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចត្រួតពិនិត្យទ្រង់ទ្រាយធំប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពដោយមិនធ្វើឱ្យខូចប្រសិទ្ធភាពអុបទិកគឺជាទិសដៅស្រាវជ្រាវដ៏សំខាន់មួយ។
ច) វិស្វកម្មផ្គូផ្គងដំណាក់កាលកម្រិតខ្ពស់ និង វិស្វកម្មបំបែក
ការធ្វើលំនាំដូមេនដែលអាចទុកចិត្តបានក្នុងគុណភាពបង្ហាញអនុមីក្រូគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់អុបទិកមិនមែនលីនេអ៊ែរ ប៉ុន្តែនៅតែជាបច្ចេកវិទ្យាមិនទាន់ពេញវ័យនៅលើវេទិកា LNOI។
g) សំណងសម្រាប់ពិការភាពផលិតកម្ម
បច្ចេកទេសដើម្បីកាត់បន្ថយការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលដែលបណ្តាលមកពីការផ្លាស់ប្តូរបរិស្ថាន ឬភាពខុសគ្នានៃការផលិតគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការដាក់ពង្រាយក្នុងពិភពពិត។
ជ) ការភ្ជាប់ពហុបន្ទះឈីបប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព
ការដោះស្រាយការភ្ជាប់ប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពរវាងបន្ទះឈីប LNOI ច្រើនគឺចាំបាច់ដើម្បីធ្វើមាត្រដ្ឋានលើសពីដែនកំណត់នៃការរួមបញ្ចូលបន្ទះសៀគ្វីតែមួយ។
ការរួមបញ្ចូលឯកតានៃសមាសធាតុសកម្ម និងអកម្ម
បញ្ហាប្រឈមស្នូលសម្រាប់ LNOI PICs គឺការរួមបញ្ចូល monolithic ដែលចំណាយតិចនៃសមាសធាតុសកម្ម និងអកម្មដូចជា៖
- ឡាស៊ែរ
- ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា
- ឧបករណ៍បម្លែងរលកមិនមែនលីនេអ៊ែរ
- ឧបករណ៍កែប្រែ
- ឧបករណ៍ពហុគុណ/ឧបករណ៍ពហុគុណ
យុទ្ធសាស្ត្របច្ចុប្បន្នរួមមាន៖
ក) ការដូបអ៊ីយ៉ុងនៃ LNOI៖
ការប្រើប្រាស់ដូបជ្រើសរើសនៃអ៊ីយ៉ុងសកម្មទៅក្នុងតំបន់ដែលបានកំណត់អាចនាំឱ្យមានប្រភពពន្លឺនៅលើបន្ទះឈីប។
ខ) ចំណង និង សមាហរណកម្មមិនដូចគ្នា៖
ការភ្ជាប់ LNOI PICs អកម្មដែលផលិតជាមុនជាមួយនឹងស្រទាប់ LNOI ដែលមានសារធាតុបន្ថែម ឬឡាស៊ែរ III-V ផ្តល់នូវផ្លូវជំនួសមួយ។
គ) ការផលិតបន្ទះសៀគ្វី LNOI សកម្ម/អកម្មចម្រុះ៖
វិធីសាស្រ្តប្រកបដោយភាពច្នៃប្រឌិតមួយពាក់ព័ន្ធនឹងការភ្ជាប់បន្ទះ LN ដែលមានសារធាតុបន្ថែម និងមិនមានសារធាតុបន្ថែមមុនពេលកាត់អ៊ីយ៉ុង ដែលបណ្តាលឱ្យបន្ទះ LNOI មានទាំងតំបន់សកម្ម និងអកម្ម។
រូបភាពទី 1បង្ហាញពីគោលគំនិតនៃ PIC សកម្ម/អកម្មរួមបញ្ចូលគ្នាបែបចម្រុះ ដែលដំណើរការលីចូក្រាហ្វីតែមួយអាចឱ្យមានការតម្រឹម និងការរួមបញ្ចូលយ៉ាងរលូននៃសមាសធាតុទាំងពីរប្រភេទ។
ការរួមបញ្ចូលឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ
ការរួមបញ្ចូលឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺទៅក្នុង PIC ដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI គឺជាជំហានដ៏សំខាន់មួយទៀតឆ្ពោះទៅរកប្រព័ន្ធដែលមានមុខងារពេញលេញ។ វិធីសាស្រ្តចម្បងពីរកំពុងស្ថិតក្រោមការសិក្សា៖
ក) ការរួមបញ្ចូលគ្នាមិនដូចគ្នា៖
រចនាសម្ព័ន្ធណាណូស៊ីមីកុងដុកទ័រអាចត្រូវបានភ្ជាប់ជាបណ្ដោះអាសន្នទៅនឹងរលកនាំផ្លូវ LNOI។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការកែលម្អប្រសិទ្ធភាពនៃការរកឃើញ និងសមត្ថភាពធ្វើមាត្រដ្ឋាននៅតែត្រូវការ។
ខ) ការបម្លែងរលកមិនមែនលីនេអ៊ែរ៖
លក្ខណៈសម្បត្តិមិនមែនលីនេអ៊ែររបស់ LN អនុញ្ញាតឱ្យមានការបម្លែងប្រេកង់នៅក្នុងរលកនាំផ្លូវ ដែលអាចឱ្យប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺស៊ីលីកុនស្តង់ដារដោយមិនគិតពីរលកប្រតិបត្តិការ។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
ការរីកចម្រើនយ៉ាងឆាប់រហ័សនៃបច្ចេកវិទ្យា LNOI នាំឱ្យឧស្សាហកម្មនេះខិតទៅជិតវេទិកា PIC ជាសកលដែលមានសមត្ថភាពបម្រើកម្មវិធីជាច្រើនប្រភេទ។ តាមរយៈការដោះស្រាយបញ្ហាប្រឈមដែលមានស្រាប់ និងជំរុញការច្នៃប្រឌិតថ្មីក្នុងការរួមបញ្ចូល monolithic និងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា PIC ដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI មានសក្តានុពលក្នុងបដិវត្តវិស័យដូចជាទូរគមនាគមន៍ ព័ត៌មានកង់ទិច និងការចាប់សញ្ញា។
LNOI មានការសន្យាថានឹងបំពេញចក្ខុវិស័យយូរអង្វែងនៃ PIC ដែលអាចធ្វើមាត្រដ្ឋានបាន ដោយផ្គូផ្គងនឹងភាពជោគជ័យ និងផលប៉ះពាល់នៃ EICs។ កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងស្រាវជ្រាវ និងអភិវឌ្ឍន៍ជាបន្តបន្ទាប់ ដូចជាកិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងពី Nanjing Photonics Process Platform និង XiaoyaoTech Design Platform នឹងមានសារៈសំខាន់ក្នុងការកំណត់អនាគតនៃ Photonics រួមបញ្ចូលគ្នា និងដោះសោលទ្ធភាពថ្មីៗនៅទូទាំងវិស័យបច្ចេកវិទ្យា។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ១៨ ខែកក្កដា ឆ្នាំ ២០២៥