Wafer lnoi

Al contrario, i film sottili di nioba al litio (Wafer LNOI) offrono un significativo contrasto di indice di rifrazione, consentendo alle guide d'onda d'onda di avere raggi di flessione di solo decine di micron e sezioni trasversali del submicron. Ciò consente l'integrazione dei fotoni ad alta densità e il forte confinamento della luce, migliorando l'interazione tra luce e materia.

I wafer LNOI possono essere preparati utilizzando varie tecniche, tra cui la deposizione laser pulsata, i metodi di gel, lo sputtering del magnetron RF e la deposizione di vapore chimico. Tuttavia, LNOI prodotto da queste tecniche mostra spesso una struttura policristallina, portando ad una maggiore perdita di trasmissione della luce. Inoltre, esiste un notevole divario tra le proprietà fisiche del film e quelle di LN a cristallo singolo, che influisce negativamente sulle prestazioni dei dispositivi fotonici.

Il metodo ottimale per la preparazione di wafer LNOI comporta una combinazione di processi come l'impianto di ioni, il legame diretto e la ricottura termica, che staccano fisicamente il film LN dal materiale LN di massa e lo trasferiscono su un substrato. Le tecniche di macinazione e lucidatura possono anche produrre LNOI di alta qualità. Questo approccio riduce al minimo i danni al reticolo cristallino LN durante l'impianto di ioni e mantiene la qualità del cristallo, a condizione che si eserciti un controllo rigoroso sull'uniformità dello spessore del film. I wafer LNOI non solo mantengono proprietà essenziali come caratteristiche ottiche elettro-ottiche, acusto-ottiche e non lineari, ma mantengono anche una singola struttura cristallina, che è benefica per ottenere una bassa perdita di trasmissione ottica.

Le guide d'onda ottiche sono dispositivi fondamentali nella fotonica integrata ed esistono vari metodi per la loro preparazione. Le guide d'onda sui wafer LNOI possono essere stabilite utilizzando tecniche tradizionali come lo scambio di protoni. Poiché LN è chimicamente inerte, per evitare l'attacco, i materiali facilmente incisi possono essere depositati sull'LNOI per creare guide d'onda di caricamento. I materiali adatti per le strisce di carico includono TiO2, SIO2, SINX, TA2O5, vetro di calcogenuro e silicio. Una guida d'onda ottica LNOI creata utilizzando il metodo di lucidatura meccanica chimica ha raggiunto una perdita di propagazione di 0,027 dB/cm; Tuttavia, la sua guida in superficie superficiale complica la realizzazione di guide d'onda con piccoli raggi di flessione. La guida d'onda del wafer LNOI, preparata usando un metodo di attacco al plasma, ha ottenuto una perdita di trasmissione di soli 0,027 dB/cm. Ciò rappresenta una pietra miliare significativa, indicando che è possibile realizzare l'integrazione dei fotoni su larga scala e l'elaborazione a livello singolo. Oltre alle guide d'onda ottiche, su LNOI sono stati sviluppati numerosi dispositivi fotonici ad alte prestazioni, inclusi risonatori micro-anello/micro-disk, giunti di fine e griglia e cristalli fotonici. Una varietà di dispositivi fotonici funzionali sono stati anche creati con successo. Sfruttando l'eccezionale effetti ottici elettro-ottici e non lineari dei cristalli di niobate di litio (LN) consente una modulazione optoelettronica ad alta larghezza di banda, conversione non lineare efficiente e generazione di pettine ottiche di frequenza ottica elettro-ottica, tra le altre funzionalità fotoniche. LN presenta anche un effetto acusto-ottico. Il modulatore mach-zehnder Acousto-ottico preparato su LNOI utilizza interazioni optomeccaniche nel film di nioba di litio sospeso per convertire un segnale a microonde con una frequenza di 4,5 GHz in luce a una lunghezza d'onda di 1500 nm, facilitando una conversazione a microwave-uptical a microwave efficiente.

Inoltre, il modulatore acusto-ottico fabbricato su film LN sopra un substrato di zaffiro evita la necessità di una struttura di sospensione a causa dell'elevata velocità del suono di zaffiro, che aiuta anche a ridurre la perdita di energia delle onde acustiche. Il cambio di frequenza acusto-ottica integrato sviluppato su LNOI dimostra una maggiore efficienza di spostamento della frequenza rispetto a quelli fabbricati sul film di nitruro di alluminio. Sono stati anche fatti progressi in laser e amplificatori usando LNOI drogati di terre rari. Tuttavia, le regioni rare drogate in terra di wafer LNOI presentano un significativo assorbimento della luce nella banda ottica di comunicazione, che ostacola l'integrazione fotonica su larga scala. L'esplorazione del doping locale delle terre rare su LNOI potrebbe fornire una soluzione a questo problema. Il silicio amorfo può essere depositato su LNOI per creare fotodettori. I risultanti fotodettori di metallo-semiconduttore e metallo mostrano una reattività di 22-37 Ma/W attraverso lunghezze d'onda di 635-850 nm. Contemporaneamente, integrare eterogenei i laser e i rilevatori di semiconduttori III-V su LNOI presenta un'altra soluzione praticabile per lo sviluppo di laser e rivelatori su questo materiale. Tuttavia, il processo di preparazione è complesso e costoso, che richiede miglioramenti per ridurre i costi e aumentare il tasso di successo.