పరిచయం
ఎలక్ట్రానిక్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ల (EICలు) విజయంతో ప్రేరణ పొందిన ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ల (PICలు) రంగం 1969లో ప్రారంభమైనప్పటి నుండి అభివృద్ధి చెందుతోంది. అయితే, EICల మాదిరిగా కాకుండా, విభిన్న ఫోటోనిక్ అప్లికేషన్లకు మద్దతు ఇవ్వగల సార్వత్రిక వేదిక అభివృద్ధి ఒక ప్రధాన సవాలుగా మిగిలిపోయింది. ఈ వ్యాసం అభివృద్ధి చెందుతున్న లిథియం నియోబేట్ ఆన్ ఇన్సులేటర్ (LNOI) సాంకేతికతను అన్వేషిస్తుంది, ఇది తరువాతి తరం PICలకు వేగంగా ఆశాజనక పరిష్కారంగా మారింది.
LNOI టెక్నాలజీ పెరుగుదల
లిథియం నియోబేట్ (LN) చాలా కాలంగా ఫోటోనిక్ అనువర్తనాలకు కీలకమైన పదార్థంగా గుర్తించబడింది. అయితే, సన్నని-పొర LNOI మరియు అధునాతన తయారీ పద్ధతుల ఆగమనంతో మాత్రమే దాని పూర్తి సామర్థ్యం అన్‌లాక్ చేయబడింది. పరిశోధకులు LNOI ప్లాట్‌ఫామ్‌లపై అల్ట్రా-తక్కువ-నష్టం రిడ్జ్ వేవ్‌గైడ్‌లు మరియు అల్ట్రా-హై-Q మైక్రోరెసొనేటర్‌లను విజయవంతంగా ప్రదర్శించారు [1], ఇది ఇంటిగ్రేటెడ్ ఫోటోనిక్స్‌లో గణనీయమైన ముందడుగును సూచిస్తుంది.
LNOI టెక్నాలజీ యొక్క ముఖ్య ప్రయోజనాలు
- అల్ట్రా-తక్కువ ఆప్టికల్ నష్టం(0.01 dB/cm కంటే తక్కువ)
- అధిక-నాణ్యత నానోఫోటోనిక్ నిర్మాణాలు
- విభిన్న నాన్ లీనియర్ ఆప్టికల్ ప్రక్రియలకు మద్దతు
- ఇంటిగ్రేటెడ్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ (EO) ట్యూనబిలిటీ
LNOI పై నాన్ లీనియర్ ఆప్టికల్ ప్రక్రియలు
LNOI ప్లాట్‌ఫామ్‌పై రూపొందించబడిన అధిక-పనితీరు గల నానోఫోటోనిక్ నిర్మాణాలు, అద్భుతమైన సామర్థ్యం మరియు కనీస పంపు శక్తితో కీలకమైన నాన్-లీనియర్ ఆప్టికల్ ప్రక్రియలను గ్రహించడానికి వీలు కల్పిస్తాయి. ప్రదర్శించబడిన ప్రక్రియలలో ఇవి ఉన్నాయి:
- రెండవ హార్మోనిక్ తరం (SHG)
- సమ్ ఫ్రీక్వెన్సీ జనరేషన్ (SFG)
- డిఫరెన్స్ ఫ్రీక్వెన్సీ జనరేషన్ (DFG)
- పారామెట్రిక్ డౌన్-కన్వర్షన్ (PDC)
- నాలుగు-వేవ్ మిక్సింగ్ (FWM)
ఈ ప్రక్రియలను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి వివిధ దశ-సరిపోలిక పథకాలు అమలు చేయబడ్డాయి, LNOIని అత్యంత బహుముఖ నాన్-లీనియర్ ఆప్టికల్ ప్లాట్‌ఫామ్‌గా స్థాపించాయి.
ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్‌గా ట్యూనబుల్ ఇంటిగ్రేటెడ్ పరికరాలు
LNOI టెక్నాలజీ విస్తృత శ్రేణి క్రియాశీల మరియు నిష్క్రియాత్మక ట్యూనబుల్ ఫోటోనిక్ పరికరాల అభివృద్ధిని కూడా సాధ్యం చేసింది, అవి:
- హై-స్పీడ్ ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్లు
- పునర్నిర్మించదగిన బహుళ-ఫంక్షనల్ PICలు
- ట్యూనబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ దువ్వెనలు
- మైక్రో-ఆప్టోమెకానికల్ స్ప్రింగ్‌లు
ఈ పరికరాలు కాంతి సంకేతాల యొక్క ఖచ్చితమైన, అధిక-వేగ నియంత్రణను సాధించడానికి లిథియం నియోబేట్ యొక్క అంతర్గత EO లక్షణాలను ప్రభావితం చేస్తాయి.
LNOI ఫోటోనిక్స్ యొక్క ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలు
LNOI-ఆధారిత PICలు ఇప్పుడు పెరుగుతున్న అనేక ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో స్వీకరించబడుతున్నాయి, వాటిలో:
- మైక్రోవేవ్-టు-ఆప్టికల్ కన్వర్టర్లు
- ఆప్టికల్ సెన్సార్లు
- ఆన్-చిప్ స్పెక్ట్రోమీటర్లు
- ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ దువ్వెనలు
- అధునాతన టెలికమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థలు
ఈ అప్లికేషన్లు ఫోటోలిథోగ్రాఫిక్ ఫ్యాబ్రికేషన్ ద్వారా స్కేలబుల్, ఎనర్జీ-సమర్థవంతమైన పరిష్కారాలను అందిస్తూనే, బల్క్-ఆప్టిక్ కాంపోనెంట్స్ పనితీరుకు సరిపోయే LNOI సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి.
ప్రస్తుత సవాళ్లు మరియు భవిష్యత్తు దిశలు
ఆశాజనకమైన పురోగతి ఉన్నప్పటికీ, LNOI టెక్నాలజీ అనేక సాంకేతిక అడ్డంకులను ఎదుర్కొంటుంది:
a) ఆప్టికల్ నష్టాన్ని మరింత తగ్గించడం
ప్రస్తుత వేవ్‌గైడ్ నష్టం (0.01 dB/cm) ఇప్పటికీ పదార్థ శోషణ పరిమితి కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉంది. ఉపరితల కరుకుదనం మరియు శోషణ సంబంధిత లోపాలను తగ్గించడానికి అయాన్-స్లైసింగ్ పద్ధతులు మరియు నానోఫ్యాబ్రికేషన్‌లో పురోగతి అవసరం.
b) మెరుగైన వేవ్‌గైడ్ జ్యామితి నియంత్రణ
పునరావృతతను త్యాగం చేయకుండా లేదా ప్రచార నష్టాన్ని పెంచకుండా సబ్-700 nm వేవ్‌గైడ్‌లు మరియు సబ్-2 μm కప్లింగ్ గ్యాప్‌లను ప్రారంభించడం అధిక ఏకీకరణ సాంద్రతకు చాలా ముఖ్యమైనది.
c) కలపడం సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడం
టేపర్డ్ ఫైబర్స్ మరియు మోడ్ కన్వర్టర్లు అధిక కలపడం సామర్థ్యాన్ని సాధించడంలో సహాయపడతాయి, యాంటీ-రిఫ్లెక్షన్ పూతలు గాలి-పదార్థ ఇంటర్‌ఫేస్ ప్రతిబింబాలను మరింత తగ్గించగలవు.
d) తక్కువ-నష్ట ధ్రువణ భాగాల అభివృద్ధి
LNOI లోని పోలరైజేషన్-ఇన్‌సెన్సిటివ్ ఫోటోనిక్ పరికరాలు చాలా అవసరం, ఫ్రీ-స్పేస్ పోలరైజర్‌ల పనితీరుకు సరిపోయే భాగాలు అవసరం.
ఇ) కంట్రోల్ ఎలక్ట్రానిక్స్ ఇంటిగ్రేషన్
ఆప్టికల్ పనితీరును దిగజార్చకుండా పెద్ద-స్థాయి నియంత్రణ ఎలక్ట్రానిక్‌లను సమర్థవంతంగా సమగ్రపరచడం ఒక కీలకమైన పరిశోధన దిశ.
f) అడ్వాన్స్‌డ్ ఫేజ్ మ్యాచింగ్ మరియు డిస్పర్షన్ ఇంజనీరింగ్
నాన్ లీనియర్ ఆప్టిక్స్ కు సబ్-మైక్రాన్ రిజల్యూషన్ వద్ద విశ్వసనీయ డొమైన్ నమూనా చాలా ముఖ్యమైనది, కానీ LNOI ప్లాట్‌ఫామ్‌లో ఇది అపరిపక్వ సాంకేతికతగా మిగిలిపోయింది.
g) ఫ్యాబ్రికేషన్ లోపాలకు పరిహారం
పర్యావరణ మార్పులు లేదా తయారీ వైవిధ్యాల వల్ల కలిగే దశ మార్పులను తగ్గించే సాంకేతికతలు వాస్తవ-ప్రపంచ విస్తరణకు చాలా అవసరం.
h) సమర్థవంతమైన మల్టీ-చిప్ కలపడం
సింగిల్-వేఫర్ ఇంటిగ్రేషన్ పరిమితులను దాటి స్కేల్ చేయడానికి బహుళ LNOI చిప్‌ల మధ్య సమర్థవంతమైన కలపడం అవసరం.
క్రియాశీల మరియు నిష్క్రియాత్మక భాగాల ఏకశిలా ఏకీకరణ
LNOI PIC లకు ఒక ప్రధాన సవాలు ఏమిటంటే, క్రియాశీల మరియు నిష్క్రియాత్మక భాగాల యొక్క ఖర్చు-సమర్థవంతమైన ఏకశిలా ఏకీకరణ:
- లేజర్‌లు
- డిటెక్టర్లు
- నాన్ లీనియర్ తరంగదైర్ఘ్య కన్వర్టర్లు
- మాడ్యులేటర్లు
- మల్టీప్లెక్సర్లు/డీమల్టిప్లెక్సర్లు
ప్రస్తుత వ్యూహాలలో ఇవి ఉన్నాయి:
a) LNOI యొక్క అయాన్ డోపింగ్:
నియమించబడిన ప్రాంతాలలోకి క్రియాశీల అయాన్‌లను ఎంపిక చేసి డోపింగ్ చేయడం వలన ఆన్-చిప్ కాంతి వనరులు ఏర్పడతాయి.
బి) బంధం మరియు విజాతీయ ఏకీకరణ:
డోప్డ్ LNOI పొరలు లేదా III-V లేజర్‌లతో ప్రీ-ఫాబ్రికేటెడ్ పాసివ్ LNOI PIC లను బంధించడం ప్రత్యామ్నాయ మార్గాన్ని అందిస్తుంది.
సి) హైబ్రిడ్ యాక్టివ్/పాసివ్ LNOI వేఫర్ ఫ్యాబ్రికేషన్:
ఒక వినూత్న విధానంలో అయాన్ స్లైసింగ్‌కు ముందు డోప్ చేయబడిన మరియు అన్‌డోప్ చేయబడిన LN వేఫర్‌లను బంధించడం జరుగుతుంది, దీని ఫలితంగా LNOI వేఫర్‌లు క్రియాశీల మరియు నిష్క్రియ ప్రాంతాలతో ఉంటాయి.
చిత్రం 1హైబ్రిడ్ ఇంటిగ్రేటెడ్ యాక్టివ్/పాసివ్ PIC ల భావనను వివరిస్తుంది, ఇక్కడ ఒకే లితోగ్రాఫిక్ ప్రక్రియ రెండు రకాల భాగాల సజావుగా అమరిక మరియు ఏకీకరణను అనుమతిస్తుంది.
ఫోటోడెటెక్టర్ల ఏకీకరణ
LNOI-ఆధారిత PICలలో ఫోటోడెటెక్టర్‌లను అనుసంధానించడం అనేది పూర్తిగా పనిచేసే వ్యవస్థల వైపు మరొక కీలకమైన అడుగు. రెండు ప్రాథమిక విధానాలు పరిశోధనలో ఉన్నాయి:
ఎ) విజాతీయ ఏకీకరణ:
సెమీకండక్టర్ నానోస్ట్రక్చర్లను LNOI వేవ్‌గైడ్‌లకు తాత్కాలికంగా జత చేయవచ్చు. అయినప్పటికీ, గుర్తింపు సామర్థ్యం మరియు స్కేలబిలిటీలో మెరుగుదలలు ఇప్పటికీ అవసరం.
బి) నాన్ లీనియర్ తరంగదైర్ఘ్య మార్పిడి:
LN యొక్క నాన్ లీనియర్ లక్షణాలు వేవ్‌గైడ్‌లలో ఫ్రీక్వెన్సీ మార్పిడిని అనుమతిస్తాయి, ఆపరేటింగ్ తరంగదైర్ఘ్యంతో సంబంధం లేకుండా ప్రామాణిక సిలికాన్ ఫోటోడెటెక్టర్ల వినియోగాన్ని అనుమతిస్తుంది.
ముగింపు
LNOI టెక్నాలజీ యొక్క వేగవంతమైన పురోగతి పరిశ్రమను విస్తృత శ్రేణి అనువర్తనాలకు సేవ చేయగల సార్వత్రిక PIC ప్లాట్‌ఫామ్‌కు దగ్గరగా తీసుకువస్తుంది. ఇప్పటికే ఉన్న సవాళ్లను పరిష్కరించడం ద్వారా మరియు మోనోలిథిక్ మరియు డిటెక్టర్ ఇంటిగ్రేషన్‌లో ఆవిష్కరణలను ముందుకు తీసుకెళ్లడం ద్వారా, LNOI-ఆధారిత PICలు టెలికమ్యూనికేషన్స్, క్వాంటం సమాచారం మరియు సెన్సింగ్ వంటి రంగాలలో విప్లవాత్మక మార్పులు చేయగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయి.
EICల విజయం మరియు ప్రభావాన్ని సరిపోల్చుతూ, స్కేలబుల్ PICల యొక్క దీర్ఘకాలిక దృష్టిని నెరవేర్చే వాగ్దానాన్ని LNOI కలిగి ఉంది. నాన్జింగ్ ఫోటోనిక్స్ ప్రాసెస్ ప్లాట్‌ఫామ్ మరియు షియావోటెక్ డిజైన్ ప్లాట్‌ఫామ్ వంటి నిరంతర పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి ప్రయత్నాలు ఇంటిగ్రేటెడ్ ఫోటోనిక్స్ యొక్క భవిష్యత్తును రూపొందించడంలో మరియు సాంకేతిక డొమైన్‌లలో కొత్త అవకాశాలను అన్‌లాక్ చేయడంలో కీలకమైనవి.
పోస్ట్ సమయం: జూలై-18-2025