សេចក្តីផ្តើម
ត្រូវបានបំផុសគំនិតដោយភាពជោគជ័យនៃសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នាអេឡិចត្រូនិច (EICs) វិស័យនៃសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នា photonic (PICs) បាននិងកំពុងវិវឌ្ឍចាប់តាំងពីការបង្កើតឡើងក្នុងឆ្នាំ 1969។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ មិនដូច EICs ទេ ការអភិវឌ្ឍន៍នៃវេទិកាសកលដែលមានសមត្ថភាពគាំទ្រកម្មវិធី photonic ចម្រុះនៅតែជាបញ្ហាប្រឈមដ៏សំខាន់។ អត្ថបទនេះស្វែងយល់ពីបច្ចេកវិទ្យា Lithium Niobate on Insulator (LNOI) ដែលទើបនឹងលេចចេញ ដែលបានក្លាយជាដំណោះស្រាយដ៏ជោគជ័យមួយសម្រាប់ PIC ជំនាន់ក្រោយយ៉ាងឆាប់រហ័ស។
ការកើនឡើងនៃបច្ចេកវិទ្យា LNOI
Lithium niobate (LN) ត្រូវបានគេទទួលស្គាល់ជាយូរមកហើយថាជាសម្ភារៈសំខាន់សម្រាប់កម្មវិធី photonic ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ មានតែជាមួយនឹងការមកដល់នៃខ្សែភាពយន្តស្តើង LNOI និងបច្ចេកទេសផលិតកម្រិតខ្ពស់ប៉ុណ្ណោះ ទើបអាចដោះសោរបានពេញលេញ។ ក្រុមអ្នកស្រាវជ្រាវបានបង្ហាញដោយជោគជ័យនូវឧបករណ៍បំពងសំឡេងរលកទាបបំផុត និងឧបករណ៍បំពងសំឡេង Q-high-Q ខ្ពស់នៅលើវេទិកា LNOI [1] ដែលបង្ហាញពីការលោតផ្លោះយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុងរូបវិទ្យារួមបញ្ចូលគ្នា។
អត្ថប្រយោជន៍សំខាន់ៗនៃបច្ចេកវិទ្យា LNOI
- ការបាត់បង់អុបទិកទាបបំផុត។(ទាបបំផុត 0.01 dB/cm)
- រចនាសម្ព័ន្ធ nanophotonic គុណភាពខ្ពស់
- ការគាំទ្រសម្រាប់ដំណើរការអុបទិកមិនលីនេអ៊ែរចម្រុះ
- ភាពបត់បែននៃអេឡិចត្រូអុបទិក (EO) រួមបញ្ចូលគ្នា
ដំណើរការអុបទិកមិនមែនលីនេអ៊ែរនៅលើ LNOI
រចនាសម្ព័ន្ធ nanophotonic ប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ដែលប្រឌិតនៅលើវេទិកា LNOI អនុញ្ញាតឱ្យសម្រេចបាននូវដំណើរការអុបទិកដែលមិនមែនជាលីនេអ៊ែរសំខាន់ៗ ជាមួយនឹងប្រសិទ្ធភាពគួរឱ្យកត់សម្គាល់ និងថាមពលបូមតិចតួចបំផុត។ ដំណើរការដែលបានបង្ហាញរួមមាន:
- ជំនាន់អាម៉ូនិកទីពីរ (SHG)
- ការបង្កើតប្រេកង់សរុប (SFG)
- ភាពខុសគ្នានៃការបង្កើតប្រេកង់ (DFG)
- ការបំប្លែង Parametric ចុះក្រោម (PDC)
- ការលាយរលកបួន (FWM)
គ្រោងការណ៍ផ្គូផ្គងដំណាក់កាលផ្សេងៗត្រូវបានអនុវត្តដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពដំណើរការទាំងនេះ ដោយបង្កើត LNOI ជាវេទិកាអុបទិកដែលមិនមានលីនេអ៊ែរដែលមានភាពបត់បែនខ្ពស់។
ឧបករណ៍រួមបញ្ចូលគ្នាដែលអាចលៃតម្រូវបានដោយអេឡិចត្រូអុបទិក
បច្ចេកវិទ្យា LNOI ក៏បានបើកឱ្យមានការវិវឌ្ឍន៍ឧបករណ៍ photonic ដែលអាចផ្លាស់ប្តូរបានយ៉ាងសកម្ម និងអកម្មជាច្រើនដូចជា៖
- ម៉ូឌុលអុបទិកល្បឿនលឿន
- PICs ពហុមុខងារដែលអាចកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធឡើងវិញបាន។
- ហ្វ្រេកង់ដែលអាចលៃតម្រូវបាន។
- រន្ធមីក្រូអុបទិក
ឧបករណ៍ទាំងនេះប្រើលក្ខណៈសម្បត្តិ EO ខាងក្នុងនៃលីចូម niobate ដើម្បីសម្រេចបាននូវការត្រួតពិនិត្យពន្លឺដែលមានល្បឿនលឿន និងច្បាស់លាស់។
ការអនុវត្តជាក់ស្តែងនៃ LNOI Photonics
PICs ដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI ឥឡូវនេះកំពុងត្រូវបានអនុម័តនៅក្នុងចំនួនដែលកំពុងកើនឡើងនៃការអនុវត្តជាក់ស្តែង រួមទាំង៖
- ឧបករណ៍បំលែងមីក្រូវ៉េវទៅអុបទិក
- ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអុបទិក
- ឧបករណ៍វាស់ស្ទង់នៅលើបន្ទះឈីប
- សិតសក់ប្រេកង់អុបទិក
- ប្រព័ន្ធទូរគមនាគមន៍ទំនើប
កម្មវិធីទាំងនេះបង្ហាញពីសក្តានុពលរបស់ LNOI ក្នុងការផ្គូផ្គងដំណើរការនៃសមាសធាតុអុបទិកភាគច្រើន ខណៈពេលដែលផ្តល់ជូននូវដំណោះស្រាយថាមពលដែលអាចធ្វើមាត្រដ្ឋានបាន និងមានប្រសិទ្ធភាពតាមរយៈការផលិត photolithographic ។
បញ្ហាប្រឈមបច្ចុប្បន្ន និងទិសដៅអនាគត
ទោះបីជាមានការជឿនលឿនទៅមុខក៏ដោយ បច្ចេកវិទ្យា LNOI ប្រឈមនឹងឧបសគ្គបច្ចេកទេសជាច្រើន៖
ក) ការកាត់បន្ថយការបាត់បង់អុបទិកបន្ថែមទៀត
ការបាត់បង់រលកសញ្ញាបច្ចុប្បន្ន (0.01 dB/cm) នៅតែជាលំដាប់នៃរ៉ិចទ័រខ្ពស់ជាងដែនកំណត់នៃការស្រូបយកសម្ភារៈ។ ភាពជឿនលឿននៃបច្ចេកទេសកាត់អ៊ីយ៉ុង និង nanofabrication គឺត្រូវការជាចាំបាច់ ដើម្បីកាត់បន្ថយភាពរដុបលើផ្ទៃ និងពិការភាពដែលទាក់ទងនឹងការស្រូបយក។
ខ) ការត្រួតពិនិត្យធរណីមាត្រ Waveguide ប្រសើរឡើង
ការបើកដំណើរការ sub-700 nm waveguides និង sub-2 μm coupling gaps ដោយមិនមានការលះបង់លទ្ធភាពធ្វើម្តងទៀត ឬបង្កើនការបាត់បង់ការផ្សព្វផ្សាយគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ដង់ស៊ីតេនៃការរួមបញ្ចូលខ្ពស់ជាងនេះ។
គ) ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃការភ្ជាប់
ខណៈពេលដែលសរសៃស្តើង និងឧបករណ៍បំប្លែងទម្រង់ជួយឱ្យសម្រេចបាននូវប្រសិទ្ធភាពនៃការភ្ជាប់ខ្ពស់ ថ្នាំកូតប្រឆាំងនឹងការឆ្លុះបញ្ចាំងអាចកាត់បន្ថយការឆ្លុះបញ្ចាំងពីចំណុចប្រទាក់សម្ភារៈខ្យល់បន្ថែមទៀត។
ឃ) ការអភិវឌ្ឍន៍នៃសមាសធាតុប៉ូលលីសដែលមានការបាត់បង់ទាប
ឧបករណ៍ photonic ដែលមិនជ្រាបចូលបន្ទាត់រាងប៉ូលនៅលើ LNOI គឺចាំបាច់ ដែលតម្រូវឱ្យមានសមាសធាតុដែលត្រូវគ្នានឹងដំណើរការរបស់ប៉ូឡារីស័រទំហំទំនេរ។
ង) ការរួមបញ្ចូលឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកត្រួតពិនិត្យ
ការរួមបញ្ចូលគ្នាប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពនូវឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកគ្រប់គ្រងទ្រង់ទ្រាយធំដោយមិនធ្វើឱ្យខូចមុខងារអុបទិក គឺជាទិសដៅស្រាវជ្រាវដ៏សំខាន់។
f) ការផ្គូផ្គងដំណាក់កាលកម្រិតខ្ពស់ និងវិស្វកម្មបែកខ្ញែក
ការធ្វើត្រាប់តាមដែនដែលអាចទុកចិត្តបាននៅគុណភាពបង្ហាញរងមីក្រូគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់អុបទិកដែលមិនមែនជាលីនេអ៊ែរ ប៉ុន្តែនៅតែជាបច្ចេកវិទ្យាមិនទាន់ពេញវ័យនៅលើវេទិកា LNOI ។
g) សំណងសម្រាប់ពិការភាពផ្នែកផលិត
បច្ចេកទេសកាត់បន្ថយការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលដែលបង្កឡើងដោយការផ្លាស់ប្តូរបរិស្ថាន ឬភាពខុសប្លែកគ្នានៃការប្រឌិតគឺចាំបាច់សម្រាប់ការអនុវត្តជាក់ស្តែង។
h) ការភ្ជាប់ពហុបន្ទះឈីបដែលមានប្រសិទ្ធភាព
ការដោះស្រាយការភ្ជាប់គ្នាប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពរវាងបន្ទះសៀគ្វី LNOI ច្រើនគឺចាំបាច់ដើម្បីធ្វើមាត្រដ្ឋានលើសពីដែនកំណត់នៃការរួមបញ្ចូលតែមួយ wafer ។
ការរួមបញ្ចូល monolithic នៃសមាសធាតុសកម្មនិងអកម្ម
បញ្ហាប្រឈមស្នូលមួយសម្រាប់ LNOI PICs គឺការរួមបញ្ចូល monolithic ប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពនៃសមាសធាតុសកម្ម និងអកម្មដូចជា៖
- ឡាស៊ែរ
- ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា
- ឧបករណ៍បំលែងរលកចម្ងាយមិនលីនេអ៊ែរ
- ម៉ូឌុល
- ឧបករណ៍បំលែងពហុផ្លាក
យុទ្ធសាស្ត្របច្ចុប្បន្នរួមមានៈ
ក) សារធាតុ Ion Doping នៃ LNOI៖
ការជ្រលក់ដោយជ្រើសរើសនៃអ៊ីយ៉ុងសកម្មចូលទៅក្នុងតំបន់ដែលបានកំណត់អាចនាំទៅរកប្រភពពន្លឺនៅលើបន្ទះឈីប។
ខ) ការផ្សារភ្ជាប់ និងការរួមបញ្ចូលតំណពូជ៖
ការភ្ជាប់ LNOI PICs អកម្មដែលបានបង្កើតមុនជាមួយនឹងស្រទាប់ LNOI ឬឡាស៊ែរ III-V ផ្តល់នូវផ្លូវជំនួស។
គ) Hybrid Active/Passive LNOI Wafer Fabrication៖
វិធីសាស្រ្តប្រកបដោយភាពច្នៃប្រឌិតពាក់ព័ន្ធនឹងការភ្ជាប់ wafers LN ដែល doped និង undoped មុនពេលកាត់អ៊ីយ៉ុង ដែលជាលទ្ធផលនៅក្នុង wafers LNOI ដែលមានទាំងតំបន់សកម្ម និងអកម្ម។
រូបភាពទី 1បង្ហាញពីគោលគំនិតនៃ PICs សកម្ម/អកម្មដែលរួមបញ្ចូលគ្នាជាកូនកាត់ ដែលដំណើរការ lithographic តែមួយអាចឱ្យការតម្រឹម និងការរួមបញ្ចូលនៃសមាសធាតុទាំងពីរប្រភេទ។
ការរួមបញ្ចូលឧបករណ៍ចាប់រូបភាព
ការរួមបញ្ចូលឧបករណ៍ចាប់រូបភាពទៅក្នុង PIC ដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI គឺជាជំហានសំខាន់មួយទៀតឆ្ពោះទៅរកប្រព័ន្ធដែលមានមុខងារពេញលេញ។ វិធីសាស្រ្តបឋមចំនួនពីរកំពុងស្ថិតក្រោមការស៊ើបអង្កេត៖
ក) សមាហរណកម្មភាពចម្រុះ៖
រចនាសម្ព័ន្ធ nanoductor semiconductor អាចត្រូវបានភ្ជាប់ជាបណ្ដោះអាសន្នទៅនឹង LNOI waveguides ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការកែលម្អប្រសិទ្ធភាពនៃការរកឃើញ និងការធ្វើមាត្រដ្ឋាននៅតែត្រូវបានទាមទារ។
ខ) ការបំប្លែងរលកមិនលីនេអ៊ែរ៖
លក្ខណៈសម្បត្តិដែលមិនមែនជាលីនេអ៊ែររបស់ LN អនុញ្ញាតឱ្យបំប្លែងប្រេកង់នៅក្នុង waveguides ដែលអាចឱ្យការប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពស៊ីលីកុនស្តង់ដារដោយមិនគិតពីប្រវែងរលកប្រតិបត្តិការ។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
ការរីកចម្រើនយ៉ាងឆាប់រហ័សនៃបច្ចេកវិទ្យា LNOI នាំឧស្សាហកម្មនេះខិតទៅជិតវេទិកា PIC សកលដែលមានសមត្ថភាពបម្រើកម្មវិធីយ៉ាងទូលំទូលាយ។ តាមរយៈការដោះស្រាយបញ្ហាប្រឈមដែលមានស្រាប់ និងការជំរុញការច្នៃប្រឌិតថ្មីនៅក្នុងការរួមបញ្ចូលគ្នានៃ monolithic និងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា PICs ដែលមានមូលដ្ឋានលើ LNOI មានសក្តានុពលក្នុងការធ្វើបដិវត្តវិស័យដូចជា ទូរគមនាគមន៍ ព័ត៌មាន quantum និងការយល់ដឹង។
LNOI រក្សាការសន្យានៃការបំពេញនូវចក្ខុវិស័យយូរអង្វែងនៃ PICs ដែលអាចធ្វើមាត្រដ្ឋានបាន ដោយផ្គូផ្គងភាពជោគជ័យ និងផលប៉ះពាល់នៃ EICs ។ ការបន្តកិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែង R&D ដូចជាកម្មវិធីដែលមកពី Nanjing Photonics Process Platform និង XiaoyaoTech Design Platform នឹងក្លាយជាចំណុចសំខាន់ក្នុងការរៀបចំអនាគតនៃ photonics រួមបញ្ចូលគ្នា និងការដោះសោលទ្ធភាពថ្មីៗនៅទូទាំងដែនបច្ចេកវិទ្យា។
ពេលវេលាប្រកាស៖ ថ្ងៃទី ១៨ ខែកក្កដា ឆ្នាំ ២០២៥