ပါးလွှာသောဖလင်လီသီယမ်နိုက်ဘိတ် (LN) အလင်းရှာဖွေကိရိယာ
လီသီယမ် နိုင်အိုဘိတ် (LN) တွင် ထူးခြားသော ပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံနှင့် nonlinear effect များ၊ electro-optic effect များ၊ pyroelectric effect များနှင့် piezoelectric effect များကဲ့သို့သော ကြွယ်ဝသော ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာအကျိုးသက်ရောက်မှုများရှိသည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ၎င်းတွင် wideband optical transparency window နှင့် ရေရှည်တည်ငြိမ်မှု၏ အားသာချက်များရှိသည်။ ဤဝိသေသလက္ခဏာများသည် LN ကို integrated photonics မျိုးဆက်သစ်အတွက် အရေးကြီးသော platform တစ်ခုဖြစ်စေသည်။ optical device များနှင့် optoelectronic system များတွင်၊ LN ၏ဝိသေသလက္ခဏာများသည် ကြွယ်ဝသောလုပ်ဆောင်ချက်များနှင့် စွမ်းဆောင်ရည်ကို ပေးစွမ်းနိုင်ပြီး optical communication၊ optical computing နှင့် optical sensing field များ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို မြှင့်တင်ပေးနိုင်သည်။ သို့သော်၊ လီသီယမ် နိုင်အိုဘိတ်၏ စုပ်ယူမှုနှင့် insulation ဂုဏ်သတ္တိများ အားနည်းခြင်းကြောင့်၊ လီသီယမ် နိုင်အိုဘိတ်ကို integrated application သည် ခက်ခဲသော detection ပြဿနာကို ရင်ဆိုင်နေရဆဲဖြစ်သည်။ မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း၊ ဤနယ်ပယ်ရှိ အစီရင်ခံစာများတွင် waveguide integrated photodetectors နှင့် heterojunction photodetectors များ အဓိကပါဝင်သည်။
လီသီယမ် နီယိုဘိတ်ကို အခြေခံထားတဲ့ waveguide integrated photodetector ဟာ optical communication C-band (1525-1565nm) ပေါ်မှာ အာရုံစိုက်လေ့ရှိပါတယ်။ လုပ်ဆောင်ချက်အနေနဲ့ LN ဟာ အဓိကအားဖြင့် လမ်းညွှန်လှိုင်းတွေရဲ့ အခန်းကဏ္ဍမှာ ပါဝင်ပြီး optoelectronic detection function ကတော့ ဆီလီကွန်၊ III-V group narrow bandgap semiconductors နဲ့ two-dimensional materials တွေလိုမျိုး semiconductors တွေပေါ်မှာ အဓိကအားကိုးပါတယ်။ ဒီလိုဗိသုကာပုံစံမှာ အလင်းကို ဆုံးရှုံးမှုနည်းတဲ့ လီသီယမ် နီယိုဘိတ် optical waveguides တွေကနေတစ်ဆင့် ထုတ်လွှင့်ပြီးနောက် photoelectric effects (photoconductivity သို့မဟုတ် photovoltaic effects လိုမျိုး) ကို အခြေခံပြီး တခြား semiconductor materials တွေက စုပ်ယူပြီး carrier concentration ကို မြှင့်တင်ပေးပြီး output အတွက် electrical signal တွေအဖြစ် ပြောင်းလဲပေးပါတယ်။ အားသာချက်တွေကတော့ operating bandwidth (~GHz) မြင့်မားခြင်း၊ operating voltage နည်းပါးခြင်း၊ အရွယ်အစားသေးငယ်ခြင်းနဲ့ photonic chip integration နဲ့ လိုက်ဖက်ညီခြင်းတို့ပဲ ဖြစ်ပါတယ်။ ဒါပေမယ့် လီသီယမ် နီယိုဘိတ်နဲ့ semiconductor materials တွေရဲ့ spatial separation ကြောင့် LN ဟာ လမ်းညွှန်လှိုင်းတွေမှာသာ အခန်းကဏ္ဍကနေ ပါဝင်နေပြီး တခြားကောင်းမွန်တဲ့ foreign properties တွေကို ကောင်းကောင်းအသုံးမပြုနိုင်သေးပါဘူး။ Semiconductor materials တွေဟာ photoelectric conversion မှာသာ အခန်းကဏ္ဍကနေ ပါဝင်နေပြီး အပြန်အလှန် ဖြည့်စွက်ချိတ်ဆက်မှု မရှိတာကြောင့် operating band အကန့်အသတ်ရှိပါတယ်။ သီးခြားအကောင်အထည်ဖော်မှုအရ၊ အလင်းရင်းမြစ်မှ လီသီယမ် နိုင်အိုဘိတ် အလင်းတန်းလှိုင်းလမ်းညွှန်သို့ အလင်းချိတ်ဆက်မှုသည် သိသာထင်ရှားသော ဆုံးရှုံးမှုများနှင့် တင်းကျပ်သော လုပ်ငန်းစဉ်လိုအပ်ချက်များကို ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။ ထို့အပြင်၊ ချိတ်ဆက်မှုဒေသရှိ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းချန်နယ်ပေါ်သို့ ဖြာထွက်နေသော အလင်း၏ တကယ့်အလင်းတန်းပါဝါကို ချိန်ညှိရန်ခက်ခဲပြီး ၎င်း၏ ထောက်လှမ်းမှုစွမ်းဆောင်ရည်ကို ကန့်သတ်ထားသည်။
ရိုးရာဓလေ့ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများပုံရိပ်ဖော်အသုံးချမှုများအတွက်အသုံးပြုလေ့ရှိသောပစ္စည်းများသည် များသောအားဖြင့် semiconductor ပစ္စည်းများကိုအခြေခံသည်။ ထို့ကြောင့် lithium niobate အတွက်၎င်း၏အလင်းစုပ်ယူမှုနှုန်းနည်းပါးခြင်းနှင့် insulator ဂုဏ်သတ္တိများသည် photodetector သုတေသီများက၎င်းကိုမနှစ်သက်ကြောင်းသေချာပေါက်မသေချာဘဲနယ်ပယ်တွင်ခက်ခဲသောအချက်တစ်ခုဖြစ်သည်။ သို့သော်၊ မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း heterojunction နည်းပညာဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည် lithium niobate အခြေခံ photodetector များ၏သုတေသနအတွက်မျှော်လင့်ချက်ယူဆောင်လာခဲ့သည်။ အလင်းစုပ်ယူမှုအားကောင်းသောသို့မဟုတ်ကောင်းမွန်သော conductivity ရှိသောအခြားပစ္စည်းများကို lithium niobate နှင့် heterogeneously ပေါင်းစပ်နိုင်ပြီး၎င်း၏ချို့ယွင်းချက်များကိုဖြည့်ဆည်းနိုင်သည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံ anisotropy ကြောင့် lithium niobate ၏ spontaneous polarization ကြောင့်ဖြစ်ပေါ်လာသော pyroelectric ဝိသေသလက္ခဏာများကိုအလင်း irradiation အောက်တွင်အပူအဖြစ်ပြောင်းလဲခြင်းဖြင့်ထိန်းချုပ်နိုင်ပြီး optoelectronic ထောက်လှမ်းမှုအတွက် pyroelectric ဝိသေသလက္ခဏာများကိုပြောင်းလဲစေသည်။ ဤအပူအကျိုးသက်ရောက်မှုသည် wideband နှင့် self driving ၏အားသာချက်များရှိပြီးအခြားပစ္စည်းများနှင့်ကောင်းစွာဖြည့်စွက်ပြီးပေါင်းစပ်နိုင်သည်။ thermal နှင့် photoelectric effect များကို synchronous အသုံးပြုမှုသည် lithium niobate အခြေခံ photodetector များအတွက်ခေတ်သစ်တစ်ခုကိုဖွင့်လှစ်ခဲ့ပြီး devices များသည်အကျိုးသက်ရောက်မှုနှစ်ခုလုံး၏အားသာချက်များကိုပေါင်းစပ်နိုင်စေပါသည်။ ထို့အပြင်ချို့ယွင်းချက်များကိုဖြည့်ဆည်းပြီးအားသာချက်များကိုဖြည့်စွက်ပေါင်းစပ်ရန်၊ ၎င်းသည်မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်းသုတေသန hotspot တစ်ခုဖြစ်သည်။ ထို့အပြင်၊ အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်း၊ band engineering နှင့် defect engineering တို့ကို အသုံးပြုခြင်းသည် လီသီယမ် niobate ကို ထောက်လှမ်းရာတွင် အခက်အခဲကို ဖြေရှင်းရန်အတွက်လည်း ကောင်းမွန်သော ရွေးချယ်မှုတစ်ခုဖြစ်သည်။ သို့သော် လီသီယမ် niobate ၏ မြင့်မားသော processing အခက်အခဲကြောင့် ဤနယ်ပယ်သည် integration နိမ့်ကျခြင်း၊ array imaging devices များနှင့် systems များနှင့် မလုံလောက်သော စွမ်းဆောင်ရည်ကဲ့သို့သော ကြီးမားသော စိန်ခေါ်မှုများနှင့် ရင်ဆိုင်နေရဆဲဖြစ်ပြီး ၎င်းသည် သုတေသနတန်ဖိုးနှင့် နေရာအလွန်ကောင်းပါသည်။
ပုံ ၁၊ LN bandgap အတွင်းရှိ defect energy state များကို electron donor centers များအဖြစ်အသုံးပြုခြင်းဖြင့်၊ visible light excitation အောက်တွင် conduction band တွင် free charge carriers များထုတ်လုပ်သည်။ ယခင် pyroelectric LN photodetectors များနှင့်နှိုင်းယှဉ်ပါက၊ ၎င်းတို့သည် response speed 100Hz ခန့်တွင်သာကန့်သတ်ထားသည်။LN ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာ10kHz အထိ ပိုမိုမြန်ဆန်သော တုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်းရှိသည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ဤလုပ်ငန်းတွင် မဂ္ဂနီဆီယမ်အိုင်းယွန်းပါဝင်သည့် LN သည် 10kHz အထိ တုံ့ပြန်မှုဖြင့် ပြင်ပအလင်းပြုပြင်မွမ်းမံမှုကို ရရှိနိုင်ကြောင်း သရုပ်ပြခဲ့သည်။ ဤလုပ်ငန်းသည် မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်နှင့်မြန်နှုန်းမြင့် LN ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများအပြည့်အဝလုပ်ဆောင်နိုင်သော single-chip ပေါင်းစပ် LN photonic ချစ်ပ်များတည်ဆောက်ရာတွင်။
အကျဉ်းချုပ်အားဖြင့် သုတေသနနယ်ပယ်တွင်လီသီယမ် နိုင်အိုဘိတ် အလင်းထောက်လှမ်းကိရိယာများအရေးကြီးသော သိပ္ပံနည်းကျ အရေးပါမှုနှင့် ကြီးမားသော လက်တွေ့အသုံးချမှု အလားအလာရှိသည်။ အနာဂတ်တွင် နည်းပညာဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုနှင့် သုတေသန နက်ရှိုင်းလာခြင်းနှင့်အတူ ပါးလွှာသော ဖလင်လီသီယမ် နီယိုဘိတ် (LN) ဓာတ်ပုံရှာဖွေစက်များသည် ပိုမိုမြင့်မားသော ပေါင်းစပ်မှုဆီသို့ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာမည်ဖြစ်သည်။ မြင့်မားသော စွမ်းဆောင်ရည်၊ မြန်ဆန်သော တုံ့ပြန်မှုနှင့် ကျယ်ပြန့်သော band ပါးလွှာသော ဖလင်လီသီယမ် နီယိုဘိတ် ဓာတ်ပုံရှာဖွေစက်များကို ရရှိရန် မတူညီသော ပေါင်းစပ်မှုနည်းလမ်းများကို ပေါင်းစပ်ခြင်းသည် လက်တွေ့ဖြစ်လာမည်ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် ချစ်ပ်ပေါ်ရှိ ပေါင်းစပ်မှုနှင့် ဉာဏ်ရည်ထက်မြက်သော အာရုံခံနယ်ပယ်များ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို သိသိသာသာ မြှင့်တင်ပေးမည်ဖြစ်ပြီး ဖိုတွန်နစ်အသုံးချမှု မျိုးဆက်သစ်များအတွက် ဖြစ်နိုင်ခြေများ ပိုမိုပေးစွမ်းမည်ဖြစ်သည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၅ ခုနှစ်၊ ဖေဖော်ဝါရီလ ၁၇ ရက်