LNOI Wafer

À l'inverse, les films minces de niobate de lithium (TAU LNOI) offrent un contraste d'indice de réfraction significatif, permettant aux guides d'ondes d'avoir des rayons de flexion de seulement des dizaines de microns et de coupes transversales submicroniques. Cela permet une intégration de photons à haute densité et une forte confinement de lumière, améliorant l'interaction entre la lumière et la matière.

Les tranches de LNOI peuvent être préparées en utilisant diverses techniques, notamment le dépôt laser pulsé, les méthodes de gel de gel, la pulvérisation de magnétron RF et le dépôt chimique de vapeur. Cependant, le LNOI produit à partir de ces techniques présente souvent une structure polycristalline, conduisant à une perte accrue de transmission de la lumière. De plus, il existe un écart considérable entre les propriétés physiques du film et celles de la LN monocristallière, ce qui a un impact négatif sur les performances des dispositifs photoniques.

La méthode optimale pour préparer les tranches de LNOI implique une combinaison de processus tels que l'implantation d'ions, la liaison directe et le recuit thermique, qui décollent physiquement le film LN à partir du matériau LN en vrac et le transfèrent dans un substrat. Les techniques de broyage et de polissage peuvent également produire du LNOI de haute qualité. Cette approche minimise les dommages au réseau cristallin LN pendant l'implantation ionique et maintient la qualité des cristaux, à condition qu'un contrôle strict soit exercé sur l'uniformité de l'épaisseur du film. Les plaquettes LNOI conservent non seulement des propriétés essentielles comme les caractéristiques optiques électro-optiques, acousto-optiques et non linéaires, mais maintiennent également une structure monocristallière, ce qui est bénéfique pour obtenir une faible perte de transmission optique.

Les guides d'ondes optiques sont des dispositifs fondamentaux dans la photonique intégrée et diverses méthodes existent pour leur préparation. Des guides d'ondes sur les plaquettes LNOI peuvent être établies en utilisant des techniques traditionnelles telles que l'échange de protons. Étant donné que le LN est chimiquement inerte, pour éviter la gravure, des matériaux facilement gravés peuvent être déposés sur le LNOI pour créer des guides d'ondes de bande de chargement. Les matériaux adaptés aux bandes de chargement comprennent TiO2, SiO2, Sinx, Ta2O5, le verre chalcogénéure et le silicium. Un guide d'onde optique LNOI créé en utilisant la méthode de polissage mécanique chimique a atteint une perte de propagation de 0,027 dB / cm; Cependant, son guide d'onde peu profond complique la réalisation des guides d'ondes avec de petits rayons de flexion. Le guide d'onde de plaquette LNOI, préparé à l'aide d'une méthode de gravure du plasma, a atteint une perte de transmission de seulement 0,027 dB / cm. Cela représente une étape importante, indiquant que l'intégration de photons à grande échelle et le traitement à un niveau unique peuvent être réalisés. En plus des guides d'ondes optiques, de nombreux dispositifs photoniques haute performance ont été développés sur LNOI, y compris les résonateurs de micro-anneau / micro-disques, les coupleurs d'extrémité et de réseau et les cristaux photoniques. Une variété de dispositifs photoniques fonctionnels ont également été créés avec succès. Tirer parti des effets optiques électro-optiques et non linéaires exceptionnels des cristaux de niobate de lithium (LN) permet une modulation optoélectronique à large bande passante, une conversion non linéaire efficace et une génération de combinaison de fréquence optique électro-optique, entre autres fonctionnalités photoniques. LN présente également un effet acousto-optique. Le modulateur Mach-Zehnder acousto-optique préparé sur le LNOI utilise des interactions optomécaniques dans le film de lithium en suspension au lithium pour convertir un signal micro-ondes avec une fréquence de 4,5 GHz en lumière à une longueur d'onde de 1500 nm, une conversion de signal micro-ondes efficace face à facilitation.

De plus, le modulateur acousto-optique fabriqué sur un film LN au-dessus d'un substrat saphir évite la nécessité d'une structure de suspension en raison de la vitesse du son élevée du saphir, ce qui contribue également à réduire les fuites d'énergie des ondes acoustiques. Le levier de fréquence acousto-optique intégré développé sur LNOI montre une efficacité de décalage de fréquence plus élevée par rapport à celles fabriquées sur un film de nitrure d'aluminium. Des avancées ont également été réalisées dans les lasers et les amplificateurs à l'aide de LNOI dopé à la terre rare. Cependant, les régions rares dopées par la terre des plaquettes LNOI présentent une absorption de lumière significative dans la bande optique de communication, ce qui entrave l'intégration photonique à grande échelle. Explorer le dopage des terres rares locales sur le LNOI pourrait fournir une solution à ce problème. Le silicium amorphe peut être déposé sur LNOI pour créer des photodétecteurs. Les photodétecteurs en métal-sémiconducteur et métal qui en résultent montrent une réactivité de 22-37 mA / W sur les longueurs d'onde de 635-850 nm. Simultanément, l'intégration de lasers et détecteurs semi-conducteurs III-V de manière hétérogène sur LNOI présente une autre solution viable pour développer des lasers et des détecteurs sur ce matériau. Cependant, le processus de préparation est complexe et coûteux, nécessitant des améliorations pour réduire les coûts et augmenter le taux de réussite.