ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ lithium niobate (LN) ແບບຟິມບາງ

ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ lithium niobate (LN) ແບບຟິມບາງ

ລີທຽມໄນໂອເບດ (LN) ມີໂຄງສ້າງຜລຶກທີ່ເປັນເອກະລັກ ແລະ ຜົນກະທົບທາງກາຍະພາບທີ່ອຸດົມສົມບູນ, ເຊັ່ນ: ຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນ, ຜົນກະທົບທາງເອເລັກໂຕຣອອບຕິກ, ຜົນກະທົບໄພໂຣເອເລັກຕຣິກ, ແລະ ຜົນກະທົບໄພໂຊເອເລັກຕຣິກ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ມັນມີຂໍ້ດີຂອງປ່ອງຢ້ຽມຄວາມໂປ່ງໃສທາງແສງແບນກວ້າງ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງໃນໄລຍະຍາວ. ລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ LN ເປັນແພລດຟອມທີ່ສຳຄັນສຳລັບໂຟໂຕນິກປະສົມປະສານລຸ້ນໃໝ່. ໃນອຸປະກອນທາງແສງ ແລະ ລະບົບອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ, ລັກສະນະຂອງ LN ສາມາດໃຫ້ໜ້າທີ່ ແລະ ປະສິດທິພາບທີ່ອຸດົມສົມບູນ, ສົ່ງເສີມການພັດທະນາການສື່ສານທາງແສງ, ການປະມວນຜົນທາງແສງ, ແລະ ສະໜາມຮັບຮູ້ທາງແສງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດການດູດຊຶມ ແລະ ການສນວນທີ່ອ່ອນແອຂອງລີທຽມໄນໂອເບດ, ການນຳໃຊ້ປະສົມປະສານຂອງລີທຽມໄນໂອເບດຍັງປະເຊີນກັບບັນຫາການກວດຈັບທີ່ຍາກ. ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ບົດລາຍງານໃນຂົງເຂດນີ້ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີເຄື່ອງກວດຈັບແສງແບບປະສົມປະສານຄື້ນນຳທາງ ແລະ ເຄື່ອງກວດຈັບແສງແບບເຮເຕີໂຣຈູຊັນ.
ເຄື່ອງກວດຈັບແສງແບບປະສົມປະສານຂອງຄື້ນນຳທາງໂດຍອີງໃສ່ lithium niobate ມັກຈະສຸມໃສ່ການສື່ສານທາງແສງ C-band (1525-1565nm). ໃນດ້ານໜ້າທີ່, LN ສ່ວນໃຫຍ່ມີບົດບາດເປັນຄື້ນນຳທາງ, ໃນຂະນະທີ່ໜ້າທີ່ການກວດຈັບ optoelectronic ສ່ວນໃຫຍ່ອີງໃສ່ເຄິ່ງຕົວນຳເຊັ່ນ: ຊິລິກອນ, ເຄິ່ງຕົວນຳ bandgap ແຄບກຸ່ມ III-V, ແລະວັດສະດຸສອງມິຕິ. ໃນສະຖາປັດຕະຍະກຳດັ່ງກ່າວ, ແສງສະຫວ່າງຖືກສົ່ງຜ່ານຄື້ນນຳທາງແສງ lithium niobate ທີ່ມີການສູນເສຍຕ່ຳ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນຖືກດູດຊຶມໂດຍວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳອື່ນໆໂດຍອີງໃສ່ຜົນກະທົບ photoelectric (ເຊັ່ນ: ຜົນກະທົບ photoconductivity ຫຼື photovoltaic) ເພື່ອເພີ່ມຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງພາຫະນະ ແລະປ່ຽນມັນເປັນສັນຍານໄຟຟ້າສຳລັບຜົນຜະລິດ. ຂໍ້ດີແມ່ນແບນວິດປະຕິບັດການສູງ (~GHz), ແຮງດັນປະຕິບັດການຕ່ຳ, ຂະໜາດນ້ອຍ, ແລະເຂົ້າກັນໄດ້ກັບການເຊື່ອມໂຍງຊິບ photonic. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກການແຍກທາງພື້ນທີ່ຂອງ lithium niobate ແລະວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳ, ເຖິງແມ່ນວ່າພວກມັນແຕ່ລະອັນປະຕິບັດໜ້າທີ່ຂອງຕົນເອງ, LN ມີບົດບາດໃນການນຳທາງຄື້ນເທົ່ານັ້ນ ແລະຄຸນສົມບັດຕ່າງປະເທດທີ່ດີເລີດອື່ນໆຍັງບໍ່ທັນໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງດີ. ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳມີບົດບາດໃນການປ່ຽນ photoelectric ແລະຂາດການຈັບຄູ່ທີ່ສົມບູນເຊິ່ງກັນແລະກັນ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ແຖບປະຕິບັດການທີ່ຂ້ອນຂ້າງຈຳກັດ. ໃນດ້ານການຈັດຕັ້ງປະຕິບັດສະເພາະ, ການເຊື່ອມຕໍ່ແສງຈາກແຫຼ່ງແສງໄປຫາທໍ່ນຳທາງແສງ lithium niobate ເຮັດໃຫ້ເກີດການສູນເສຍຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ແລະ ຄວາມຕ້ອງການດ້ານຂະບວນການທີ່ເຄັ່ງຄັດ. ນອກຈາກນັ້ນ, ພະລັງງານແສງຕົວຈິງຂອງແສງທີ່ຖືກສ່ອງໃສ່ຊ່ອງທາງອຸປະກອນ semiconductor ໃນພາກພື້ນການເຊື່ອມຕໍ່ແມ່ນຍາກທີ່ຈະປັບທຽບ, ເຊິ່ງຈຳກັດປະສິດທິພາບການກວດຈັບຂອງມັນ.
ແບບດັ້ງເດີມເຄື່ອງກວດຈັບພາບທີ່ໃຊ້ສຳລັບການນຳໃຊ້ການຖ່າຍພາບມັກຈະອີງໃສ່ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳ. ດັ່ງນັ້ນ, ສຳລັບ lithium niobate, ອັດຕາການດູດຊຶມແສງຕ່ຳ ແລະ ຄຸນສົມບັດການສນວນເຮັດໃຫ້ມັນບໍ່ເປັນທີ່ນິຍົມຂອງນັກຄົ້ນຄວ້າເຄື່ອງກວດຈັບແສງຢ່າງບໍ່ຕ້ອງສົງໃສ, ແລະ ແມ່ນແຕ່ຈຸດທີ່ຍາກໃນຂະແໜງການ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີ heterojunction ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້ໄດ້ນຳຄວາມຫວັງມາສູ່ການຄົ້ນຄວ້າເຄື່ອງກວດຈັບແສງທີ່ອີງໃສ່ lithium niobate. ວັດສະດຸອື່ນໆທີ່ມີການດູດຊຶມແສງທີ່ເຂັ້ມແຂງ ຫຼື ການນຳໄຟຟ້າທີ່ດີເລີດສາມາດປະສົມປະສານກັບ lithium niobate ທີ່ບໍ່ຄືກັນເພື່ອຊົດເຊີຍຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງມັນ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ລັກສະນະ pyroelectric ທີ່ເກີດຈາກໂພລາໄລເຊຊັນແບບ spontaneous ຂອງ lithium niobate ເນື່ອງຈາກ anisotropy ໂຄງສ້າງຂອງມັນສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ໂດຍການປ່ຽນເປັນຄວາມຮ້ອນພາຍໃຕ້ການສ່ອງແສງແສງ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງປ່ຽນແປງຄຸນລັກສະນະ pyroelectric ສຳລັບການກວດຈັບ optoelectronic. ຜົນກະທົບຄວາມຮ້ອນນີ້ມີຂໍ້ໄດ້ປຽບຂອງແບນກວ້າງ ແລະ ການຂັບເຄື່ອນດ້ວຍຕົນເອງ, ແລະ ສາມາດເສີມ ແລະ ລວມເຂົ້າກັບວັດສະດຸອື່ນໆໄດ້ດີ. ການນຳໃຊ້ຜົນກະທົບຄວາມຮ້ອນ ແລະ ຜົນກະທົບ photoelectric ພ້ອມໆກັນໄດ້ເປີດຍຸກໃໝ່ສຳລັບເຄື່ອງກວດຈັບແສງທີ່ອີງໃສ່ lithium niobate, ເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນສາມາດລວມຂໍ້ໄດ້ປຽບຂອງຜົນກະທົບທັງສອງ. ແລະ ເພື່ອຊົດເຊີຍຂໍ້ບົກຜ່ອງ ແລະ ບັນລຸການເຊື່ອມໂຍງຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ສົມບູນ, ມັນເປັນຈຸດຮ້ອນໃນການຄົ້ນຄວ້າໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້. ນອກຈາກນັ້ນ, ການນໍາໃຊ້ການຝັງໄອອອນ, ວິສະວະກຳແຖບ, ແລະ ວິສະວະກຳຂໍ້ບົກພ່ອງກໍ່ເປັນທາງເລືອກທີ່ດີເພື່ອແກ້ໄຂຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການກວດຫາ lithium niobate. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການປະມວນຜົນສູງຂອງ lithium niobate, ຂົງເຂດນີ້ຍັງປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍອັນໃຫຍ່ຫຼວງເຊັ່ນ: ການເຊື່ອມໂຍງຕໍ່າ, ອຸປະກອນ ແລະ ລະບົບການຖ່າຍພາບແບບອາເຣ, ແລະ ປະສິດທິພາບບໍ່ພຽງພໍ, ເຊິ່ງມີມູນຄ່າການຄົ້ນຄວ້າ ແລະ ພື້ນທີ່ຫຼາຍ.

ຮູບທີ 1, ໂດຍໃຊ້ສະຖານະພະລັງງານຂໍ້ບົກຜ່ອງພາຍໃນແຖບຊ່ອງຫວ່າງ LN ເປັນສູນກາງຜູ້ໃຫ້ເອເລັກຕຣອນ, ຕົວນຳປະຈຸໄຟຟ້າຟຣີຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນໃນແຖບການນຳໄຟຟ້າພາຍໃຕ້ການກະຕຸ້ນແສງທີ່ເບິ່ງເຫັນໄດ້. ເມື່ອປຽບທຽບກັບເຄື່ອງກວດຈັບແສງ LN ແບບ pyroelectric ກ່ອນໜ້ານີ້, ເຊິ່ງປົກກະຕິແລ້ວຈະຖືກຈຳກັດຢູ່ທີ່ຄວາມໄວຕອບສະໜອງປະມານ 100Hz, ອັນນີ້ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ LNມີຄວາມໄວຕອບສະໜອງໄວຂຶ້ນເຖິງ 10kHz. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ໃນວຽກງານນີ້, ມັນໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ LN ທີ່ມີທາດໄອອອນແມກນີຊຽມສາມາດບັນລຸການປັບປ່ຽນແສງພາຍນອກດ້ວຍການຕອບສະໜອງສູງເຖິງ 10kHz. ວຽກງານນີ້ສົ່ງເສີມການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບປະສິດທິພາບສູງ ແລະເຄື່ອງກວດຈັບແສງ LN ຄວາມໄວສູງໃນການກໍ່ສ້າງຊິບໂຟໂຕນິກ LN ຊິບດຽວທີ່ປະສົມປະສານກັບຊິບດຽວທີ່ເຮັດວຽກໄດ້ຢ່າງຄົບຖ້ວນ.
ສະຫຼຸບແລ້ວ, ຂົງເຂດການຄົ້ນຄວ້າຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ lithium niobate ແບບຟິມບາງໆມີຄວາມໝາຍທາງວິທະຍາສາດທີ່ສຳຄັນ ແລະ ມີທ່າແຮງໃນການນຳໃຊ້ຕົວຈິງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ໃນອະນາຄົດ, ດ້ວຍການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີ ແລະ ການລົງເລິກການຄົ້ນຄວ້າ, ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ lithium niobate (LN) ແບບຟິມບາງຈະພັດທະນາໄປສູ່ການເຊື່ອມໂຍງທີ່ສູງຂຶ້ນ. ການລວມວິທີການປະສົມປະສານທີ່ແຕກຕ່າງກັນເພື່ອໃຫ້ໄດ້ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ lithium niobate ແບບຟິມບາງທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ, ຕອບສະໜອງໄວ, ແລະ ມີແບນກວ້າງໃນທຸກດ້ານຈະກາຍເປັນຄວາມຈິງ, ເຊິ່ງຈະສົ່ງເສີມການພັດທະນາການເຊື່ອມໂຍງໃນຊິບ ແລະ ສະໜາມຮັບຮູ້ອັດສະລິຍະຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແລະ ໃຫ້ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຫຼາຍຂຶ້ນສຳລັບການນຳໃຊ້ photonics ລຸ້ນໃໝ່.