Lnoi wafer

Por outro lado, os filmes finos de niobato de lítio (Wafers de LNOI) oferecem um contraste significativo do índice de refração, permitindo que os guias de onda tenham raios flexíveis de apenas dezenas de microns e seções transversais submicron. Isso permite integração de fótons de alta densidade e forte confinamento de luz, aumentando a interação entre luz e matéria.

As bolachas de LNOI podem ser preparadas usando várias técnicas, incluindo deposição de laser pulsada, métodos de gel gel, pulverização de magnetron de RF e deposição de vapor químico. No entanto, o LNOI produzido a partir dessas técnicas geralmente exibe uma estrutura policristalina, levando ao aumento da perda de transmissão de luz. Além disso, existe uma lacuna considerável entre as propriedades físicas do filme e as do LN de cristal único, o que afeta negativamente o desempenho dos dispositivos fotônicos.

O método ideal para a preparação das bolachas de LNOI envolve uma combinação de processos como implantação de íons, ligação direta e recozimento térmico, que retiram fisicamente o filme LN do material LN em massa e transfere -o para um substrato. Técnicas de moagem e polimento também podem produzir LNOI de alta qualidade. Essa abordagem minimiza os danos à rede de cristal LN durante a implantação de íons e mantém a qualidade do cristal, desde que o controle rigoroso seja exercido sobre a uniformidade da espessura do filme. As caras de LNOI não apenas retêm propriedades essenciais como características ópticas eletro-ópticas, acosto-ópticas e não lineares, mas também mantêm uma estrutura de cristal única, que é benéfica para alcançar baixa perda de transmissão óptica.

Os guias de ondas ópticos são dispositivos fundamentais em fotônicas integradas, e vários métodos existem para sua preparação. Os guias de ondas nas bolachas LNOI podem ser estabelecidas usando técnicas tradicionais, como a troca de prótons. Como o LN é quimicamente inerte, para evitar a gravação, materiais facilmente gravados podem ser depositados no LNOI para criar guias de onda de tira de carregamento. Os materiais adequados para as tiras de carregamento incluem TiO2, SiO2, SINX, TA2O5, vidro de calcogeneto e silício. Um guia de ondas óptico LNOI criado usando o método de polimento mecânico químico alcançou uma perda de propagação de 0,027 dB/cm; No entanto, sua parede lateral de guia de ondas superficial complica a realização de guias de ondas com pequenos raios de flexão. O guia de onda de wafer LNOI, preparado usando um método de gravura plasmático, alcançou uma perda de transmissão de apenas 0,027 dB/cm. Isso representa um marco significativo, indicando que a integração de fótons em larga escala e o processamento de nível único pode ser realizado. Além dos guias de ondas ópticos, numerosos dispositivos fotônicos de alto desempenho foram desenvolvidos no LNOI, incluindo ressonadores de micro-ring/micro-disco, acopladores finais e de grade e cristais fotônicos. Uma variedade de dispositivos fotônicos funcionais também foi criada com sucesso. Aproveitando os efeitos ópticos eletro-ópticos e não lineares excepcionais dos cristais de niobato de lítio (LN) permitem modulação optoeletrônica de alta largura de banda, conversão eficiente não linear e geração de combinação de frequência óptica controlável eletro-óptica, entre outras funcionalidades fotônicas. O LN também exibe um efeito acosto-óptico. O modulador acosto-óptico de Mach-Zder, preparado em LNOI, utiliza interações optomecânicas no filme de niobato de lítio suspenso para converter um sinal de microondas com uma frequência de 4,5 GHZ em luz a um comprimento de onda de 1500 nm, facilitando a conversão de sinal de microondas com eficiência eficiente.

Além disso, o modulador acosto-óptico fabricado em filme LN acima de um substrato de safira evita a necessidade de uma estrutura de suspensão devido à alta velocidade sonora de safira, o que também ajuda a reduzir o vazamento de energia da onda acústica. O câmbio integrado de frequência acosto-óptica desenvolvida no LNOI demonstra maior eficiência de mudança de frequência em comparação com aqueles fabricados em filme de nitreto de alumínio. Também foram feitos avanços em lasers e amplificadores usando LNOI raro dopado com terra. No entanto, as raras regiões dopadas de terra das bolachas de LNOI exibem absorção de luz significativa na banda óptica de comunicação, o que dificulta a integração fotônica em larga escala. Explorar o doping local de terras raras no LNOI poderia fornecer uma solução para esse problema. O silício amorfo pode ser depositado no LNOI para criar fotodetectores. Os fotodetectores de metal-semicondutor e metal resultantes mostram uma responsividade de 22-37 Ma/W através de comprimentos de onda de 635-850 nm. Simultaneamente, integrando heterogeneamente os lasers e detectores de semicondutores III-V no LNOI apresenta outra solução viável para o desenvolvimento de lasers e detectores nesse material. No entanto, o processo de preparação é complexo e caro, exigindo melhorias para reduzir custos e aumentar a taxa de sucesso.