Manipis nga pelikula nga lithium niobate (LN) nga photodetector

Manipis nga pelikula nga lithium niobate (LN) nga photodetector

Ang Lithium niobate (LN) adunay talagsaon nga istruktura sa kristal ug daghang pisikal nga mga epekto, sama sa mga nonlinear nga epekto, electro-optic nga epekto, pyroelectric nga epekto, ug piezoelectric nga epekto. Sa samang higayon, kini adunay mga bentaha sa wideband optical transparency window ug dugay nga kalig-on. Kini nga mga kinaiya naghimo sa LN nga usa ka importante nga plataporma alang sa bag-ong henerasyon sa integrated photonics. Sa mga optical device ug optoelectronic system, ang mga kinaiya sa LN makahatag og daghang mga gimbuhaton ug performance, nga nagpasiugda sa pag-uswag sa optical communication, optical computing, ug optical sensing fields. Bisan pa, tungod sa huyang nga absorption ug insulation properties sa lithium niobate, ang integrated nga aplikasyon sa lithium niobate nag-atubang gihapon sa problema sa lisud nga pag-detect. Sa bag-ohay nga mga tuig, ang mga report niini nga natad naglakip sa waveguide integrated photodetectors ug heterojunction photodetectors.
Ang waveguide integrated photodetector nga gibase sa lithium niobate kasagarang naka-focus sa optical communication C-band (1525-1565nm). Sa termino sa function, ang LN nag-una nga nagdula sa papel sa guided waves, samtang ang optoelectronic detection function nagsalig sa mga semiconductor sama sa silicon, III-V group narrow bandgap semiconductors, ug two-dimensional nga mga materyales. Sa ingon nga arkitektura, ang kahayag gipasa pinaagi sa lithium niobate optical waveguides nga adunay gamay nga loss, ug dayon gisuhop sa ubang mga materyales sa semiconductor base sa photoelectric effects (sama sa photoconductivity o photovoltaic effects) aron madugangan ang konsentrasyon sa carrier ug mabag-o kini ngadto sa mga electrical signal para sa output. Ang mga bentaha mao ang taas nga operating bandwidth (~GHz), ubos nga operating voltage, gamay nga gidak-on, ug compatibility sa photonic chip integration. Bisan pa, tungod sa spatial separation sa lithium niobate ug semiconductor nga mga materyales, bisan kung ang matag usa kanila naghimo sa ilang kaugalingon nga mga function, ang LN nagdula lamang og papel sa paggiya sa mga balud ug ang uban pang maayo kaayo nga langyaw nga mga kabtangan wala magamit pag-ayo. Ang mga materyales sa semiconductor nagdula lamang og papel sa photoelectric conversion ug kulang sa complementary coupling sa usag usa, nga miresulta sa usa ka medyo limitado nga operating band. Sa piho nga implementasyon, ang pagkonektar sa kahayag gikan sa tinubdan sa kahayag ngadto sa lithium niobate optical waveguide moresulta sa dakong kapildihan ug estrikto nga mga kinahanglanon sa proseso. Dugang pa, ang aktuwal nga optical power sa kahayag nga gi-irradiate ngadto sa semiconductor device channel sa coupling region lisod i-calibrate, nga naglimite sa performance sa pag-detect niini.
Ang tradisyonalmga photodetectorAng mga aplikasyon sa imaging kasagaran gibase sa mga materyales nga semiconductor. Busa, alang sa lithium niobate, ang ubos nga rate sa pagsuhop sa kahayag ug mga kabtangan sa insulating naghimo niini nga walay duhaduha nga dili gipaboran sa mga tigdukiduki sa photodetector, ug bisan usa ka lisud nga punto sa natad. Bisan pa, ang pag-uswag sa teknolohiya sa heterojunction sa bag-ohay nga mga tuig nagdala og paglaum sa panukiduki sa mga photodetector nga nakabase sa lithium niobate. Ang ubang mga materyales nga adunay kusog nga pagsuhop sa kahayag o maayo kaayo nga conductivity mahimong heterogeneously nga i-integrate sa lithium niobate aron mabayran ang mga kakulangan niini. Sa parehas nga oras, ang spontaneous polarization induced pyroelectric nga mga kinaiya sa lithium niobate tungod sa istruktura nga anisotropy niini mahimong makontrol pinaagi sa pag-convert sa kainit ubos sa light irradiation, sa ingon giusab ang mga kinaiya sa pyroelectric alang sa optoelectronic detection. Kini nga thermal effect adunay mga bentaha sa wideband ug self driving, ug mahimong maayo nga mapuno ug ma-fuse sa ubang mga materyales. Ang synchronous nga paggamit sa thermal ug photoelectric nga mga epekto nagbukas sa usa ka bag-ong panahon alang sa mga photodetector nga nakabase sa lithium niobate, nga nagtugot sa mga aparato nga maghiusa sa mga bentaha sa duha nga mga epekto. Ug aron mabawi ang mga kakulangan ug makab-ot ang komplementaryong integrasyon sa mga bentaha, kini usa ka hotspot sa panukiduki sa bag-ohay nga mga tuig. Dugang pa, ang paggamit sa ion implantation, band engineering, ug defect engineering usa usab ka maayong kapilian aron masulbad ang kalisud sa pag-detect sa lithium niobate. Bisan pa, tungod sa taas nga kalisud sa pagproseso sa lithium niobate, kini nga natad nag-atubang gihapon og dagkong mga hagit sama sa ubos nga integration, array imaging devices ug systems, ug dili igo nga performance, nga adunay dako nga bili sa panukiduki ug espasyo.

Sa Figure 1, gamit ang mga estado sa enerhiya sa depekto sulod sa LN bandgap isip mga sentro sa donor sa elektron, ang mga free charge carrier namugna sa conduction band ubos sa visible light excitation. Kon itandi sa nangaging mga pyroelectric LN photodetectors, nga kasagaran limitado sa usa ka response speed nga mga 100Hz, kiniLN photodetectoradunay mas paspas nga tulin sa pagtubag nga hangtod sa 10kHz. Samtang, niini nga trabaho, gipakita nga ang magnesium ion doped LN makab-ot ang external light modulation nga adunay tubag nga hangtod sa 10kHz. Kini nga trabaho nagpasiugda sa panukiduki sa high-performance ugmga high-speed LN photodetectorsa pagtukod sa hingpit nga magamit nga single-chip integrated LN photonic chips.
Sa laktod nga pagkasulti, ang natad sa panukiduki sanipis nga pelikula nga lithium niobate photodetectorsadunay importanteng siyentipikong kahulugan ug dako kaayong praktikal nga potensyal sa paggamit. Sa umaabot, uban sa pag-uswag sa teknolohiya ug pagpalalom sa panukiduki, ang mga thin film lithium niobate (LN) photodetector molambo padulong sa mas taas nga integrasyon. Ang paghiusa sa lain-laing mga pamaagi sa integrasyon aron makab-ot ang taas nga performance, paspas nga tubag, ug wideband thin film lithium niobate photodetector sa tanang aspeto mahimong usa ka realidad, nga makapausbaw pag-ayo sa pag-uswag sa on-chip integration ug intelligent sensing fields, ug maghatag og dugang nga mga posibilidad alang sa bag-ong henerasyon sa mga aplikasyon sa photonics.