ပါးလွှာသောဖလင် lithium niobate (LN) ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ

ပါးလွှာသောဖလင် lithium niobate (LN) ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ

Lithium niobate (LN) တွင် တစ်မူထူးခြားသော ပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံနှင့် ကြွယ်ဝသော ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာအကျိုးသက်ရောက်မှုများဖြစ်သည့် linear သက်ရောက်မှုများ၊ electro-optic သက်ရောက်မှုများ၊ pyroelectric သက်ရောက်မှုများနှင့် piezoelectric သက်ရောက်မှုများကဲ့သို့သော ကြွယ်ဝသောရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာအကျိုးသက်ရောက်မှုများရှိသည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ၎င်းသည် wideband optical transparency window နှင့် ရေရှည်တည်ငြိမ်မှု၏ အားသာချက်များရှိသည်။ ဤဝိသေသလက္ခဏာများသည် LN ပေါင်းစပ်ထားသော ဖိုနစ်မျိုးဆက်သစ်များအတွက် အရေးကြီးသောပလက်ဖောင်းတစ်ခုဖြစ်လာစေသည်။ optical စက်ပစ္စည်းများနှင့် optoelectronic စနစ်များတွင်၊ LN ၏ဝိသေသလက္ခဏာများသည် ကြွယ်ဝသောလုပ်ဆောင်ချက်များနှင့် စွမ်းဆောင်ရည်များကို ပေးစွမ်းနိုင်ပြီး optical communication၊ optical computing နှင့် optical sensing fields ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို မြှင့်တင်ပေးနိုင်ပါသည်။ သို့ရာတွင်၊ လစ်သီယမ် နီအိုဘိတ်၏ စုပ်ယူမှုနှင့် လျှပ်ကာဂုဏ်သတ္တိများ အားနည်းခြင်းကြောင့်၊ လီသီယမ် နီဘိတ်၏ ပေါင်းစပ်အသုံးချမှုသည် ခက်ခဲသော ထောက်လှမ်းမှုပြဿနာကို ရင်ဆိုင်နေရဆဲဖြစ်သည်။ မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း၊ ဤနယ်ပယ်ရှိ အစီရင်ခံစာများတွင် အဓိကအားဖြင့် waveguide integrated photodetectors နှင့် heterojunction photodetectors များပါဝင်သည်။
လီသီယမ် နီအိုဘိတ်ကိုအခြေခံ၍ ပေါင်းစပ်ထားသော လှိုင်းလမ်းညွှန်စက်သည် အများအားဖြင့် optical communication C-band (1525-1565nm) ကို အာရုံစိုက်သည်။ လုပ်ဆောင်ချက်အရ၊ LN သည် လမ်းညွှန်လှိုင်းများ၏ အခန်းကဏ္ဍကို အဓိကထားလုပ်ဆောင်နေပြီး optoelectronic detection function သည် ဆီလီကွန်၊ III-V အုပ်စုကျဉ်းမြောင်းသော bandgap semiconductors နှင့် two-dimensional material များကဲ့သို့သော semiconductors များအပေါ်တွင်သာ အဓိကမှီခိုနေပါသည်။ ထိုကဲ့သို့သော ဗိသုကာလက်ရာတစ်ခုတွင်၊ အလင်းသည် ဆုံးရှုံးမှုနည်းသော လစ်သီယမ် နီအိုဘိတ်အလင်းလှိုင်းလမ်းညွှန်များမှတစ်ဆင့် အလင်းကို ထုတ်လွှင့်ပြီး သယ်ဆောင်သူ၏အာရုံစူးစိုက်မှုကို တိုးမြင့်လာစေရန်နှင့် ၎င်းအား လျှပ်စစ်အချက်ပြမှုများအဖြစ် ပြောင်းလဲရန်အတွက် photoelectric သက်ရောက်မှုများ (ဥပမာ photoconductivity သို့မဟုတ် photovoltaic အကျိုးသက်ရောက်မှုများ) ကို အခြေခံ၍ အခြား semiconductor ပစ္စည်းများမှ စုပ်ယူပါသည်။ အားသာချက်များမှာ မြင့်မားသော လည်ပတ်ဘန်းဝဒ် (~GHz)၊ လည်ပတ်မှုဗို့အားနည်းသော၊ သေးငယ်သော အရွယ်အစားနှင့် photonic ချစ်ပ်ပေါင်းစည်းမှုတို့နှင့် လိုက်ဖက်မှုရှိခြင်း။ သို့ရာတွင်၊ လစ်သီယမ်နီအိုဘိတ်နှင့် ဆီမီးကွန်ဒတ်တာပစ္စည်းများကို ပိုင်းခြားထားခြင်းကြောင့် ၎င်းတို့တစ်ခုစီသည် ၎င်းတို့၏ကိုယ်ပိုင်လုပ်ငန်းဆောင်တာများကို လုပ်ဆောင်ကြသော်လည်း LN သည် လမ်းပြလှိုင်းများတွင်သာ အခန်းကဏ္ဍမှပါဝင်နေပြီး အခြားကောင်းမွန်သော နိုင်ငံခြားဂုဏ်သတ္တိများကို ကောင်းစွာအသုံးမချနိုင်ပေ။ Semiconductor ပစ္စည်းများသည် photoelectric အဖြစ်ပြောင်းလဲခြင်းတွင်သာ အခန်းကဏ္ဍမှပါဝင်ပြီး တစ်ခုနှင့်တစ်ခု ဖြည့်စွက်ချိတ်ဆက်မှုကင်းမဲ့သောကြောင့် လည်ပတ်မှုအတော်လေးကန့်သတ်ထားသော band ကိုဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။ တိကျသော အကောင်အထည်ဖော်မှုအရ၊ အလင်းရင်းမြစ်မှ အလင်းအရင်းအမြစ်မှ လစ်သီယမ် နီအိုဘိတ် အလင်းလှိုင်းလမ်းညွှန်သို့ ချိတ်ဆက်ခြင်းသည် သိသာထင်ရှားသော ဆုံးရှုံးမှုများနှင့် တင်းကျပ်သော လုပ်ငန်းစဉ်လိုအပ်ချက်များကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ ထို့အပြင်၊ ချိတ်ဆက်ဧရိယာရှိ ဆီမီးကွန်ဒတ်တာကိရိယာချန်နယ်သို့ ဓာတ်ရောင်ခြည်ဖြာထွက်သော အလင်း၏အမှန်တကယ်အလင်းစွမ်းအားသည် ချိန်ညှိရန်ခက်ခဲသည်၊ ၎င်းသည် ၎င်း၏ထောက်လှမ်းမှုစွမ်းဆောင်ရည်ကို ကန့်သတ်ထားသည်။
ရိုးရာဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများဓါတ်ပုံအပလီကေးရှင်းများတွင် အသုံးပြုသော များသောအားဖြင့် semiconductor ပစ္စည်းများပေါ်တွင် အခြေခံထားသည်။ ထို့ကြောင့်၊ လီသီယမ် နီအိုဘိတ်အတွက်၊ ၎င်း၏ အလင်းစုပ်ယူမှုနှုန်းနှင့် လျှပ်ကာဂုဏ်သတ္တိများက ၎င်းကို photodetector သုတေသီများက သံသယဖြစ်ဖွယ်မရှိသည့်အပြင် နယ်ပယ်တွင် ခက်ခဲသောအချက်ပင် ဖြစ်သည်။ သို့သော်၊ မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း heterojunction နည်းပညာ၏ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည် lithium niobate အခြေပြု photodetectors သုတေသနအတွက်မျှော်လင့်ချက်ယူဆောင်လာခဲ့သည်။ အလင်းစုပ်ယူမှုအားကောင်းသော သို့မဟုတ် ကောင်းမွန်သောလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းရှိသော အခြားပစ္စည်းများကို ၎င်း၏ချို့ယွင်းချက်များအတွက် လျော်ကြေးပေးရန် လစ်သီယမ်နီအိုဘိတ်နှင့် ကွဲလွဲစွာ ပေါင်းစပ်နိုင်သည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ anisotropy ကြောင့် လစ်သီယမ် နီအိုဘိတ်၏ အလိုလို polarization ကို ဖြစ်ပေါ်စေသော pyroelectric လက္ခဏာများကို အလင်းဓာတ်ရောင်ခြည်အောက်တွင် အပူအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲခြင်းဖြင့် ထိန်းချုပ်နိုင်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် optoelectronic ထောက်လှမ်းမှုအတွက် pyroelectric လက္ခဏာများကို ပြောင်းလဲစေသည်။ ဤအပူသက်ရောက်မှုသည် wideband နှင့် self မောင်းနှင်ခြင်း၏ အားသာချက်များရှိပြီး အခြားပစ္စည်းများနှင့် ကောင်းစွာဖြည့်စွက်နိုင်သည်။ အပူနှင့် ဓါတ်ပုံလျှပ်စစ်သက်ရောက်မှုများကို တပြိုင်တည်းအသုံးပြုခြင်းသည် lithium niobate အခြေပြု photodetectors အတွက် ခေတ်သစ်ကိုဖွင့်လှစ်ခဲ့ပြီး ကိရိယာနှစ်ခုလုံး၏ အားသာချက်များကို ပေါင်းစပ်နိုင်စေခဲ့သည်။ ချို့ယွင်းချက်များအတွက် ပြင်ဆင်ပြီး အားသာချက်များ၏ ဖြည့်စွက်ပေါင်းစပ်မှုကို ရရှိစေရန်၊ ၎င်းသည် မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း သုတေသနဟော့စပေါ့တစ်ခုဖြစ်သည်။ ထို့အပြင်၊ ion implantation၊ band engineering နှင့် defect engineering တို့ကိုအသုံးပြုခြင်းသည် lithium niobate ကိုရှာဖွေရန်အခက်အခဲကိုဖြေရှင်းရန်အတွက်ကောင်းမွန်သောရွေးချယ်မှုတစ်ခုဖြစ်သည်။ သို့သော်၊ လီသီယမ် နီအိုဘိတ်၏ မြင့်မားသောလုပ်ဆောင်မှုအခက်အခဲကြောင့်၊ ဤနယ်ပယ်တွင် ပေါင်းစပ်မှုနည်းပါးခြင်း၊ အခင်းအကျင်းပုံရိပ်ဖော်စက်များနှင့် စနစ်များ၊ နှင့် ကြီးမားသောသုတေသနတန်ဖိုးနှင့် နေရာလွတ်များရှိသည့် စွမ်းဆောင်ရည်မလုံလောက်ခြင်းကဲ့သို့သော ကြီးမားသောစိန်ခေါ်မှုများနှင့် ရင်ဆိုင်နေရဆဲဖြစ်သည်။

ပုံ 1၊ အီလက်ထရွန်အလှူရှင်စင်တာများအဖြစ် LN bandgap အတွင်းရှိ ချို့ယွင်းနေသော စွမ်းအင်ပြည်နယ်များကို အသုံးပြု၍ အခမဲ့ အားသွင်းသယ်ဆောင်သူများကို မြင်သာသောအလင်းလှုံ့ဆော်မှုအောက်တွင် conduction band တွင် ထုတ်ပေးပါသည်။ တုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်း 100Hz ဝန်းကျင်တွင် ပုံမှန်အားဖြင့် ကန့်သတ်ထားသည့် ယခင် pyroelectric LN ဓာတ်ပုံdetectors များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက၊LN ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ10kHz အထိ ပိုမြန်တဲ့ တုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်းရှိပါတယ်။ ဤအတောအတွင်း၊ ဤလုပ်ငန်းတွင်၊ မဂ္ဂနီဆီယမ်အိုင်းယွန်း doped LN သည် 10kHz အထိ တုံ့ပြန်မှုဖြင့် ပြင်ပအလင်းမော်ဂျူလာကို ရရှိနိုင်ကြောင်း သရုပ်ပြခဲ့သည်။ ဤလုပ်ငန်းသည် မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်နှင့် သုတေသနလုပ်ငန်းများကို အားပေးအားမြှောက်ပြုသည်။မြန်နှုန်းမြင့် LN ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများအပြည့်အဝအလုပ်လုပ်နိုင်သော single-chip ပေါင်းစပ် LN photonic ချစ်ပ်များတည်ဆောက်မှုတွင်။
အချုပ်အားဖြင့်ဆိုရသော် သုတေသနနယ်ပယ်ပါးလွှာသော ဖလင် lithium niobate ဓါတ်ပုံဖမ်းကိရိယာများအရေးကြီးသော သိပ္ပံနည်းကျ အရေးပါမှုနှင့် လက်တွေ့အသုံးချမှု အလားအလာ အလွန်ကြီးမားသည်။ အနာဂတ်တွင်၊ နည်းပညာဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုနှင့် သုတေသနများ နက်ရှိုင်းလာမှုနှင့်အတူ၊ ပါးလွှာသောဖလင် လစ်သီယမ် နီအိုဘိတ် (LN) ဓာတ်ပုံdetectors များသည် ပိုမိုမြင့်မားသောပေါင်းစပ်မှုဆီသို့ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာမည်ဖြစ်သည်။ စွမ်းဆောင်ရည်မြင့်မားသော၊ လျင်မြန်သောတုံ့ပြန်မှုနှင့် wideband thin film lithium niobate photodetectors များကို ကဏ္ဍပေါင်းစုံတွင်ရရှိရန် မတူညီသောပေါင်းစပ်နည်းလမ်းများကိုပေါင်းစပ်ခြင်းဖြင့် on-chip ပေါင်းစည်းမှုနှင့် ဉာဏ်ရည်ထက်မြက်သောအာရုံခံနယ်ပယ်များဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာစေရန်နှင့် မျိုးဆက်သစ် photonics အပလီကေးရှင်းများအတွက် ဖြစ်နိုင်ခြေများကို ပံ့ပိုးပေးမည်ဖြစ်သည်။