Oblátka LNOI

Naopak, tenké filmy lítium niobate (LNOI Wafers) ponúkajú významný kontrast indexu lomu, čo umožňuje vlnovodom mať ohyby polomerov iba desiatok mikrónov a submikrónových prierezu. To umožňuje integráciu fotónov s vysokou hustotou a silné zadržiavanie svetla, čím sa zvyšuje interakcia medzi svetlom a hmotou.

Doštičky LNOI sa dajú pripraviť pomocou rôznych techník vrátane pulzného laserového depozície, metód gélového gélu, RF magnetrónového rozprašovania a chemického ukladania pary. LNOI vyrobené z týchto techník však často vykazuje polykryštalickú štruktúru, čo vedie k zvýšenej strate prenosu svetla. Okrem toho existuje značná priepasť medzi fyzickými vlastnosťami filmu a vlastnosťami single-kryštálu LN, čo negatívne ovplyvňuje výkon fotonických zariadení.

Optimálna metóda na prípravu doštičiek LNOI zahŕňa kombináciu procesov, ako je implantácia iónov, priame spojenie a tepelné žíhanie, ktoré fyzicky odlupujú z filmu LN z hromadného materiálu LN a prenášajú ho na substrát. Techniky brúsenia a leštenia môžu tiež poskytnúť vysoko kvalitný LNOI. Tento prístup minimalizuje poškodenie kryštálovej mriežky LN počas implantácie iónov a zachováva kvalitu kryštálov za predpokladu, že na uniformitu hrúbky filmu sa vykonáva prísna kontrola. Doštičky LNOI si zachovávajú nielen základné vlastnosti, ako sú elektrooptické, akusto-optické a nelineárne optické charakteristiky, ale zachovávajú tiež jedinú kryštálovú štruktúru, ktorá je prospešná pre dosiahnutie nízkej straty optického prenosu.

Optické vlnovody sú základnými zariadeniami v integrovanej fotonike a pre ich prípravu existujú rôzne metódy. Vlnovody na doštičkách LNOI sa dajú stanoviť pomocou tradičných techník, ako je výmena protónov. Pretože LN je chemicky inertná, aby sa predišlo leptaniu, ľahko leptané materiály môžu byť uložené na LNOI, aby sa vytvorili vlnovody zaťaženia. Materiály vhodné na nakladacie prúžky zahŕňajú TiO2, SIO2, SINX, TA2O5, chalkogenidové sklo a kremík. Optický vlnovod LNOI vytvorený pomocou metódy chemického mechanického leštenia dosiahol stratu šírenia 0,027 dB/cm; Jeho plytká vlnová bočná stena však komplikuje realizáciu vlnovodov s malými ohybovými polomermi. LNOI Wafer Wafguid, pripravený pomocou metódy leptania v plazme, dosiahol prenosovú stratu iba 0,027 dB/cm. To predstavuje významný míľnik, ktorý naznačuje, že je možné realizovať rozsiahlu integráciu fotónov a spracovanie na jednofotónovom úrovni. Okrem optických vlnovodov sa na LNOI vyvinulo množstvo vysokovýkonných fotonických zariadení vrátane mikro-krúžkových/mikro-diskových rezonátorov, koncových a strúhaných spojov a fotonických kryštálov. Úspešne sa vytvorilo aj rôzne funkčné fotonické zariadenia. Využívanie výnimočných elektrooptických a nelineárnych optických účinkov kryštálov lítium nioobátu (LN) umožňuje medzi inými fotonickými funkciami optoelektronická modulácia s vysokou šírkou šírky, účinnú nelineárnu konverziu a elektroopticky kontrolovateľnú generovanie optických frekvenčných hrebeňov. LN tiež vykazuje akusto-optický účinok. Akusto-optický modulátor Mach-Zehnder pripravený na LNOI využíva optomechanické interakcie v suspendovanom filme lítium niobátu na premenu mikrovlnného signálu s frekvenciou 4,5 GHz na svetlo pri vlnovej dĺžke 1500 nm, čo uľahčuje účinnú mikrovlnnú konverziu na optiku.

Akusto-optický modulátor vyrobený na filme LN nad substrátom Sapphire sa navyše vyhýba potrebe štruktúry zavesenia v dôsledku vysokej zvukovej rýchlosti zafíru, čo tiež pomáha znižovať únik energie akustických vĺn. Integrovaný akusto-optický frekvenčný radič vyvinutý na LNOI vykazuje vyššiu účinnosť posunu frekvencie v porovnaní s tými, ktoré boli vyrobené na filme nitridu hlinitého. Pokroky sa dosiahli aj v laseroch a zosilňovačoch pomocou LNOI dotknutých vzácnymi zemou. Vzácne zemské oblasti doštičiek LNOI však vykazujú významnú absorpciu svetla v komunikačnom optickom pásme, ktoré bráni rozsiahlej fotonickej integrácii. Skúmanie miestneho dopingu zriedkavej zeme na LNOI by mohlo poskytnúť riešenie tejto záležitosti. Amorfný kremík je možné uložiť na LNOI na vytvorenie fotodetektorov. Výsledné fotodetektory kovových a kovov a kovových fotodetektorov vykazujú citlivosť 22-37 mA/W naprieč vlnovými dĺžkami 635-850 nm. Súčasne heterogénne integrácie polovodičových laserov a detektorov III-V na LNOI predstavuje ďalšie životaschopné riešenie na vývoj laserov a detektorov tohto materiálu. Proces prípravy je však zložitý a nákladný, čo si vyžaduje zlepšenie na zníženie nákladov a zvýšenie úspešnosti.