Ljósnemi fyrir þunnfilmu litíumníóbat (LN)

Ljósnemi fyrir þunnfilmu litíumníóbat (LN)

Litíumníóbat (LN) hefur einstaka kristalbyggingu og ríka eðlisfræðilega áhrif, svo sem ólínuleg áhrif, rafsegulfræðileg áhrif, brennandi áhrif og piezoelectric áhrif. Á sama tíma hefur það kosti breiðbands ljósfræðilegs gegnsæisglugga og langtímastöðugleika. Þessir eiginleikar gera LN að mikilvægum vettvangi fyrir nýja kynslóð samþættrar ljósfræði. Í ljóstækjum og ljósfræðilegum kerfum geta eiginleikar LN veitt ríka virkni og afköst, sem stuðlar að þróun ljósfræðilegra samskipta, ljósfræðilegrar tölvuvinnslu og ljósfræðilegra skynjunarsviða. Hins vegar, vegna veikrar frásogs- og einangrunareiginleika litíumníóbats, stendur samþætt notkun litíumníóbats enn frammi fyrir erfiðleikum með greiningu. Á undanförnum árum hafa skýrslur á þessu sviði aðallega falið í sér bylgjuleiðara-samþætta ljósnema og ljósnema með mismunandi tengipunktum.
Ljósnemi með samþættum bylgjuleiðara sem byggir á litíumníóbati einbeitir sér venjulega að C-bandi ljósleiðarasamskipta (1525-1565nm). Hvað varðar virkni gegnir LN aðallega hlutverki leiðsagnarbylgna, en ljósfræðileg greiningarvirkni byggir aðallega á hálfleiðurum eins og sílikoni, III-V hóps þröngum bandbilshálfleiðurum og tvívíðum efnum. Í slíkri arkitektúr er ljós sent í gegnum ljósbylgjuleiðara litíumníóbats með litlu tapi og síðan frásogað af öðrum hálfleiðaraefnum byggt á ljósvirkni (eins og ljósleiðni eða sólarljósáhrifum) til að auka burðarþéttni og umbreyta því í rafmerki til útgangs. Kostirnir eru mikil rekstrarbandvídd (~GHz), lág rekstrarspenna, lítil stærð og samhæfni við ljósfræðilega flísarsamþættingu. Hins vegar, vegna rúmfræðilegrar aðskilnaðar litíumníóbats og hálfleiðaraefna, þó að þau gegni hvoru sínu hlutverki, gegnir LN aðeins hlutverki í að leiða bylgjur og aðrir framúrskarandi erlendir eiginleikar hafa ekki verið vel nýttir. Hálfleiðaraefni gegna aðeins hlutverki í ljósvirkri umbreytingu og skortir viðbótartengingu hvert við annað, sem leiðir til tiltölulega takmarkaðs rekstrarbands. Hvað varðar sértæka útfærslu, þá leiðir tenging ljóss frá ljósgjafanum við ljósbylgjuleiðara litíumníóbats til verulegs taps og strangra ferliskrafna. Þar að auki er erfitt að kvarða raunverulegan ljósstyrk ljóssins sem geislar á rás hálfleiðaratækisins í tengisvæðinu, sem takmarkar greiningargetu þess.
Hið hefðbundnaljósnemarÞeir sem notaðir eru í myndgreiningarforritum eru yfirleitt byggðir á hálfleiðaraefnum. Þess vegna gerir lágt ljósgleypni og einangrunareiginleikar litíumníóbats það án efa að það sé ekki vinsælt meðal ljósnemafræðinga og jafnvel erfitt á þessu sviði. Hins vegar hefur þróun á heterógeindatækni á undanförnum árum gefið vonir í rannsóknir á ljósnema sem byggja á litíumníóbati. Önnur efni með sterka ljósgleypni eða framúrskarandi leiðni er hægt að samþætta á ólíkan hátt við litíumníóbat til að bæta upp fyrir galla þess. Á sama tíma er hægt að stjórna sjálfsprottnum skautunarframkölluðum eldvirkum eiginleikum litíumníóbats vegna byggingarójafnvægis með því að umbreyta því í hita undir ljósgeislun, og þannig breyta eldvirkum eiginleikum fyrir ljósgreiningu. Þessi hitaáhrif hafa kosti breiðbands og sjálfstýringar og er vel hægt að bæta þau upp og sameina við önnur efni. Samstillt nýting hita- og ljósvirkra áhrifa hefur opnað nýja tíma fyrir ljósnema sem byggja á litíumníóbati, sem gerir tækjum kleift að sameina kosti beggja áhrifa. Og til að bæta upp galla og ná fram viðbótarsamþættingu kosta hefur það verið rannsóknarheitt á undanförnum árum. Að auki er notkun jónígræðslu, bandverkfræði og gallaverkfræði einnig góður kostur til að leysa erfiðleikana við að greina litíumníóbat. Hins vegar, vegna mikillar vinnsluerfiðleika litíumníóbats, stendur þetta svið enn frammi fyrir miklum áskorunum eins og lítilli samþættingu, myndgreiningartækjum og kerfum og ófullnægjandi afköstum, sem hefur mikið rannsóknargildi og pláss.

Mynd 1, þar sem orkugallaástand innan LN-bandbilsins er notað sem rafeindagjafarmiðstöðvar, myndast frjálsir hleðsluflutningsaðilar í leiðnibandinu við örvun sýnilegs ljóss. Í samanburði við fyrri LN-ljósnema með pyróelektrískum straumi, sem voru venjulega takmarkaðir við svörunarhraða upp á um 100Hz, þá...LN ljósnemihefur hraðari svörunarhraða allt að 10 kHz. Á sama tíma var sýnt fram á í þessari vinnu að magnesíumjónuð LN getur náð ytri ljósmótun með svörun allt að 10 kHz. Þessi vinna stuðlar að rannsóknum á afkastamiklum ogHraðvirkir LN ljósnemarvið smíði fullkomlega starfhæfra einflísar samþættra LN ljósfræðilegra flísa.
Í stuttu máli, rannsóknarsviðiðÞunnfilmu litíumníóbat ljósnemarhefur mikla vísindalega þýðingu og gríðarlega möguleika á hagnýtum notkun. Í framtíðinni, með þróun tækni og dýpkun rannsókna, munu þunnfilmu litíumníóbat (LN) ljósnemar þróast í átt að meiri samþættingu. Að sameina mismunandi samþættingaraðferðir til að ná fram afkastamikilli, hraðri svörun og breiðbands þunnfilmu litíumníóbat ljósnema á öllum sviðum mun verða að veruleika, sem mun mjög stuðla að þróun á samþættingu á örgjörvum og snjöllum skynjunarsviðum og veita fleiri möguleika fyrir nýja kynslóð ljósfræðilegra notkunar.