ເຄື່ອງກວດຈັບພາບຖ່າຍ lithium niobate (LN).

ເຄື່ອງກວດຈັບພາບຖ່າຍ lithium niobate (LN).

Lithium niobate (LN) ມີໂຄງສ້າງຜລຶກທີ່ເປັນເອກະລັກແລະຜົນກະທົບທາງດ້ານຮ່າງກາຍທີ່ອຸດົມສົມບູນ, ເຊັ່ນຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນ, ຜົນກະທົບ electro-optic, ຜົນກະທົບ pyroelectric, ແລະຜົນກະທົບ piezoelectric. ໃນເວລາດຽວກັນ, ມັນມີຄວາມໄດ້ປຽບຂອງປ່ອງຢ້ຽມຄວາມໂປ່ງໃສ optical wideband ແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງໃນໄລຍະຍາວ. ຄຸນລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ LN ເປັນເວທີທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບການຜະລິດໃຫມ່ຂອງ photonics ປະສົມປະສານ. ໃນອຸປະກອນ optical ແລະລະບົບ optoelectronic, ລັກສະນະຂອງ LN ສາມາດສະຫນອງຫນ້າທີ່ອຸດົມສົມບູນແລະປະສິດທິພາບ, ສົ່ງເສີມການພັດທະນາຂອງການສື່ສານ optical, ຄອມພິວເຕີ້ optical, ແລະຂົງເຂດການຮັບຮູ້ optical. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດການດູດຊຶມແລະ insulation ອ່ອນແອຂອງ lithium niobate, ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກປະສົມປະສານຂອງ lithium niobate ຍັງປະເຊີນກັບບັນຫາຂອງການຊອກຄົ້ນຫາຄວາມຫຍຸ້ງຍາກ. ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ບົດລາຍງານໃນຂົງເຂດນີ້ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີເຄື່ອງກວດຈັບພາບແບບປະສົມປະສານ waveguide ແລະເຄື່ອງກວດຈັບ heterojunction photodetectors.
waveguide photodetector ປະສົມປະສານໂດຍອີງໃສ່ lithium niobate ປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນສຸມໃສ່ການສື່ສານ optical C-band (1525-1565nm). ໃນແງ່ຂອງຫນ້າທີ່, LN ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນມີບົດບາດຂອງຄື້ນທີ່ນໍາພາ, ໃນຂະນະທີ່ການທໍາງານຂອງການກວດສອບ optoelectronic ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນອີງໃສ່ສານ semiconductors ເຊັ່ນຊິລິຄອນ, III-V ກຸ່ມແຄບ bandgap semiconductors, ແລະວັດສະດຸສອງມິຕິລະດັບ. ໃນສະຖາປັດຕະຍະກໍາດັ່ງກ່າວ, ແສງສະຫວ່າງຖືກສົ່ງຜ່ານ lithium niobate optical waveguides ທີ່ມີການສູນເສຍຕ່ໍາ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນຖືກດູດຊຶມໂດຍວັດສະດຸ semiconductor ອື່ນໆໂດຍອີງໃສ່ຜົນກະທົບ photoelectric (ເຊັ່ນ: photoconductivity ຫຼືຜົນກະທົບ photovoltaic) ເພື່ອເພີ່ມຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການແລະປ່ຽນເປັນສັນຍານໄຟຟ້າສໍາລັບຜົນຜະລິດ. ຂໍ້ໄດ້ປຽບແມ່ນແບນວິດປະຕິບັດງານສູງ (~GHz), ແຮງດັນປະຕິບັດງານຕ່ໍາ, ຂະຫນາດຂະຫນາດນ້ອຍ, ແລະຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ກັບການລວມ chip photonic. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກການແຍກທາງພື້ນທີ່ຂອງ lithium niobate ແລະວັດສະດຸ semiconductor, ເຖິງແມ່ນວ່າພວກເຂົາແຕ່ລະຄົນປະຕິບັດຫນ້າທີ່ຂອງຕົນເອງ, LN ພຽງແຕ່ມີບົດບາດໃນການນໍາພາຄື້ນຟອງແລະຄຸນສົມບັດຕ່າງປະເທດທີ່ດີເລີດອື່ນໆບໍ່ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໄດ້ດີ. ວັດສະດຸ Semiconductor ພຽງແຕ່ມີບົດບາດໃນການປ່ຽນ photoelectric ແລະຂາດການສົມທົບກັບກັນແລະກັນ, ເຮັດໃຫ້ແຖບປະຕິບັດງານຂ້ອນຂ້າງຈໍາກັດ. ໃນຂໍ້ກໍານົດຂອງການປະຕິບັດສະເພາະ, ການເຊື່ອມຂອງແສງສະຫວ່າງຈາກແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງກັບ lithium niobate optical waveguide ເຮັດໃຫ້ເກີດການສູນເສຍທີ່ສໍາຄັນແລະຄວາມຕ້ອງການຂະບວນການທີ່ເຄັ່ງຄັດ. ນອກຈາກນັ້ນ, ພະລັງງານ optical ຕົວຈິງຂອງແສງສະຫວ່າງ irradiated ໃສ່ຊ່ອງທາງອຸປະກອນ semiconductor ໃນພາກພື້ນ coupling ແມ່ນຍາກທີ່ຈະ calibrate, ເຊິ່ງຈໍາກັດການປະຕິບັດການຊອກຄົ້ນຫາຂອງມັນ.
ປະເພນີເຄື່ອງກວດຈັບພາບປົກກະຕິແລ້ວການນໍາໃຊ້ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ຮູບພາບແມ່ນອີງໃສ່ວັດສະດຸ semiconductor. ເພາະສະນັ້ນ, ສໍາລັບ lithium niobate, ອັດຕາການດູດຊຶມແສງສະຫວ່າງຕ່ໍາແລະຄຸນສົມບັດ insulating ເຮັດໃຫ້ມັນບໍ່ຕ້ອງສົງໃສໂດຍນັກຄົ້ນຄວ້າ photodetector, ແລະເຖິງແມ່ນວ່າເປັນຈຸດທີ່ມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນພາກສະຫນາມ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການພັດທະນາຂອງເຕັກໂນໂລຊີ heterojunction ໃນຊຸມປີທີ່ຜ່ານມາໄດ້ນໍາເອົາຄວາມຫວັງກັບການຄົ້ນຄວ້າຂອງ lithium niobate photodetectors ອີງໃສ່. ວັດສະດຸອື່ນໆທີ່ມີການດູດຊຶມແສງສະຫວ່າງທີ່ເຂັ້ມແຂງຫຼືການນໍາທີ່ດີເລີດສາມາດໄດ້ຮັບການປະສົມປະສານ heterogeneously ກັບ lithium niobate ເພື່ອຊົດເຊີຍຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງມັນ. ໃນເວລາດຽວກັນ, polarization spontaneous induced ລັກສະນະ pyroelectric ຂອງ lithium niobate ເນື່ອງຈາກ anisotropy ໂຄງສ້າງຂອງມັນສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ໂດຍການປ່ຽນເປັນຄວາມຮ້ອນພາຍໃຕ້ການ irradiation ແສງສະຫວ່າງ, ດັ່ງນັ້ນການປ່ຽນແປງລັກສະນະ pyroelectric ສໍາລັບການຊອກຄົ້ນຫາ optoelectronic. ຜົນກະທົບຄວາມຮ້ອນນີ້ມີຄວາມໄດ້ປຽບຂອງ wideband ແລະຂັບລົດດ້ວຍຕົນເອງ, ແລະສາມາດປະກອບໄດ້ດີແລະ fused ກັບວັດສະດຸອື່ນໆ. ການນໍາໃຊ້ synchronous ຂອງຜົນກະທົບຄວາມຮ້ອນແລະ photoelectric ໄດ້ເປີດຍຸກໃຫມ່ສໍາລັບ photodetectors lithium niobate, ເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນທີ່ຈະສົມທົບຂໍ້ໄດ້ປຽບຂອງຜົນກະທົບທັງສອງ. ພ້ອມ​ທັງ​ສ້າງ​ເງື່ອນ​ໄຂ​ແກ້​ໄຂ​ຂໍ້​ຂາດ​ຕົກ​ບົກ​ຜ່ອງ​ແລະ​ບັນ​ລຸ​ການ​ເຊື່ອມ​ໂຍງ​ເຂົ້າ​ກັນ​ຂອງ​ທ່າ​ໄດ້​ປຽບ, ເປັນ​ຈຸດ​ສຸມ​ຄົ້ນ​ຄ້​ວາ​ໃນ​ຊຸມ​ປີ​ມໍ່ໆ​ມາ​ນີ້. ນອກຈາກນັ້ນ, ການນໍາໃຊ້ ion implantation, ວິສະວະກໍາແຖບ, ແລະວິສະວະກໍາຂໍ້ບົກພ່ອງຍັງເປັນທາງເລືອກທີ່ດີທີ່ຈະແກ້ໄຂຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການກວດສອບ lithium niobate. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ເນື່ອງຈາກຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການປຸງແຕ່ງສູງຂອງ lithium niobate, ພາກສະຫນາມນີ້ຍັງປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍອັນໃຫຍ່ຫຼວງເຊັ່ນ: ການເຊື່ອມໂຍງຕ່ໍາ, ອຸປະກອນແລະລະບົບການຖ່າຍຮູບ array, ແລະການປະຕິບັດທີ່ບໍ່ພຽງພໍ, ເຊິ່ງມີມູນຄ່າການຄົ້ນຄວ້າທີ່ຍິ່ງໃຫຍ່ແລະພື້ນທີ່.

ຮູບທີ 1, ການນໍາໃຊ້ສະຖານະພະລັງງານທີ່ບົກຜ່ອງພາຍໃນ LN bandgap ເປັນສູນກາງຜູ້ໃຫ້ທຶນເອເລັກໂຕຣນິກ, ຜູ້ໃຫ້ບໍລິການຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຟຣີແມ່ນຖືກສ້າງຂຶ້ນໃນແຖບ conduction ພາຍໃຕ້ແສງສະຫວ່າງທີ່ສັງເກດເຫັນ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບເຄື່ອງກວດຈັບຮູບຖ່າຍ pyroelectric LN ທີ່ຜ່ານມາ, ເຊິ່ງປົກກະຕິແມ່ນຖືກຈໍາກັດກັບຄວາມໄວຕອບສະຫນອງປະມານ 100Hz, ນີ້ເຄື່ອງກວດຈັບພາບ LNມີຄວາມໄວຕອບສະຫນອງໄວເຖິງ 10kHz. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ໃນການເຮັດວຽກນີ້, ມັນໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ magnesium ion doped LN ສາມາດບັນລຸການດັດແປງແສງສະຫວ່າງພາຍນອກດ້ວຍການຕອບສະຫນອງເຖິງ 10kHz. ວຽກງານນີ້ສົ່ງເສີມການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບປະສິດທິພາບສູງແລະເຄື່ອງກວດຈັບພາບ LN ຄວາມໄວສູງໃນການກໍ່ສ້າງຂອງຊິບດຽວທີ່ມີປະສິດຕິພາບຢ່າງສົມບູນແບບປະສົມປະສານ LN photonic chips.
ສະຫລຸບລວມແລ້ວ, ຂົງເຂດການຄົ້ນຄວ້າຂອງເຄື່ອງກວດຈັບຮູບພາບ lithium niobate ຟິມບາງມີ​ຄວາມ​ໝາຍ​ທາງ​ວິ​ທະ​ຍາ​ສາດ​ທີ່​ສຳ​ຄັນ ແລະ ມີ​ທ່າ​ແຮງ​ໃນ​ການ​ນຳ​ໃຊ້​ພາກ​ປະ​ຕິ​ບັດ​ຢ່າງ​ຫລວງ​ຫລາຍ. ໃນອະນາຄົດ, ດ້ວຍການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີແລະການຄົ້ນຄ້ວາຢ່າງເລິກເຊິ່ງ, ເຄື່ອງກວດຈັບຮູບຖ່າຍ lithium niobate (LN) ຮູບເງົາບາງໆຈະພັດທະນາໄປສູ່ການເຊື່ອມໂຍງທີ່ສູງຂຶ້ນ. ການລວມເອົາວິທີການປະສົມປະສານທີ່ແຕກຕ່າງກັນເພື່ອບັນລຸປະສິດທິພາບສູງ, ການຕອບສະຫນອງໄວ, ແລະ wideband thin film lithium niobate photodetectors ໃນທຸກດ້ານຈະກາຍເປັນຄວາມເປັນຈິງ, ເຊິ່ງຈະຊ່ວຍສົ່ງເສີມການພັດທະນາຂອງການເຊື່ອມໂຍງ on-chip ແລະຂົງເຂດການຮັບຮູ້ອັດສະລິຍະ, ແລະສະຫນອງຄວາມເປັນໄປໄດ້ຫຼາຍສໍາລັບການຜະລິດໃຫມ່ຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ photonics.