Nipis nga pelikula lithium niobate (LN) photodetector

Nipis nga pelikula lithium niobate (LN) photodetector

Ang Lithium niobate (LN) adunay usa ka talagsaon nga kristal nga istruktura ug dato nga pisikal nga mga epekto, sama sa nonlinear effects, electro-optic effects, pyroelectric effects, ug piezoelectric effects. Sa samang higayon, kini adunay mga bentaha sa wideband optical transparency window ug long-term stability. 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 nga mga sistema, ang mga kinaiya sa LN makahatag og daghang mga function ug performance, nga nagpasiugda sa pagpalambo sa optical communication, optical computing, ug optical sensing fields. Bisan pa, tungod sa huyang nga pagsuyup ug mga kabtangan sa pagkakabukod sa lithium niobate, ang hiniusa nga aplikasyon sa lithium niobate nag-atubang gihapon sa problema sa lisud nga pagkakita. Sa bag-ohay nga mga tuig, ang mga taho sa kini nga natad nag-una naglakip sa waveguide integrated photodetectors ug heterojunction photodetectors.
Ang waveguide integrated photodetector base sa lithium niobate kasagaran naka-focus sa optical communication C-band (1525-1565nm). Sa termino sa function, ang LN nag-una nga nagdula sa papel sa mga giya nga mga balud, samtang ang optoelectronic detection function nag-una nga nagsalig sa mga semiconductors sama sa silicon, III-V nga grupo nga pig-ot nga bandgap semiconductors, ug duha ka dimensiyon nga mga materyales. Sa ingon nga arkitektura, ang kahayag gipasa pinaagi sa lithium niobate optical waveguides nga adunay gamay nga pagkawala, ug dayon masuhop sa ubang mga semiconductor nga materyales base sa photoelectric nga mga epekto (sama sa photoconductivity o photovoltaic nga mga epekto) aron madugangan ang konsentrasyon sa carrier ug i-convert kini ngadto sa electrical signal alang sa output. Ang mga bentaha mao ang taas nga operating bandwidth (~GHz), ubos nga operating boltahe, gamay nga gidak-on, ug pagkaangay sa photonic chip integration. Bisan pa, tungod sa spatial nga pagbulag sa lithium niobate ug semiconductor nga mga materyales, bisan kung ang matag usa kanila naghimo sa ilang kaugalingon nga mga gimbuhaton, ang LN nagdula lamang sa usa ka papel sa paggiya sa mga balud ug uban pang maayo kaayo nga langyaw nga mga kabtangan wala pa maayo nga gigamit. Ang mga materyales sa semiconductor adunay papel lamang sa pagkakabig sa photoelectric ug kulang sa komplementaryong pagdugtong sa usag usa, nga miresulta sa usa ka medyo limitado nga banda sa operasyon. Sa termino sa espesipikong pagpatuman, ang pagdugtong sa kahayag gikan sa tinubdan sa kahayag ngadto sa lithium niobate optical waveguide moresulta sa dakong pagkawala ug estrikto nga mga kinahanglanon sa proseso. Dugang pa, ang aktuwal nga optical power sa kahayag nga gi-irradiated ngadto sa semiconductor device channel sa coupling region lisud i-calibrate, nga naglimite sa iyang detection performance.
Ang tradisyonalmga photodetectorgigamit alang sa mga aplikasyon sa imaging kasagaran gibase sa mga materyales nga semiconductor. Busa, alang sa lithium niobate, ang iyang ubos nga kahayag pagsuyup rate ug insulating kabtangan sa walay duhaduha dili gipaboran sa photodetector tigdukiduki, ug bisan sa usa ka lisud nga punto sa uma. Bisan pa, ang pag-uswag sa teknolohiya sa heterojunction sa bag-ohay nga mga tuig nagdala ug paglaum sa panukiduki sa mga photodetector nga nakabase sa lithium niobate. Ang ubang mga materyales nga adunay kusog nga pagsuyup sa kahayag o maayo kaayo nga conductivity mahimong heterogeneously nga gisagol sa lithium niobate aron mabayran ang mga kakulangan niini. Sa parehas nga oras, ang kusog nga polarization nga gipahinabo sa pyroelectric nga mga kinaiya sa lithium niobate tungod sa istruktura nga anisotropy mahimong makontrol pinaagi sa pag-convert sa kainit sa ilawom sa kahayag nga pag-iilaw, sa ingon nagbag-o sa pyroelectric nga mga kinaiya alang sa optoelectronic detection. Kini nga thermal nga epekto adunay mga bentaha sa wideband ug pagmaneho sa kaugalingon, ug mahimo’g maayo nga makompleto ug mahiusa sa ubang mga materyales. Ang dungan nga paggamit sa thermal ug photoelectric nga mga epekto nagbukas sa usa ka bag-ong panahon alang sa lithium niobate base sa photodetectors, nga makapahimo sa mga himan sa paghiusa sa mga bentaha sa duha ka mga epekto. Ug aron mabawi ang mga kakulangan ug makab-ot ang komplementaryong panagsama 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 pagpili aron masulbad ang kalisud sa pag-ila sa lithium niobate. Bisan pa, tungod sa taas nga kalisud sa pagproseso sa lithium niobate, kini nga natad nag-atubang gihapon sa daghang mga hagit sama sa ubos nga panagsama, array imaging nga mga aparato ug sistema, ug dili igo nga pasundayag, nga adunay daghang kantidad sa panukiduki ug wanang.

Figure 1, gamit ang depekto nga mga estado sa enerhiya sulod sa LN bandgap isip electron donor centers, ang mga free charge carriers gihimo sa conduction band ubos sa visible light excitation. Kung itandi sa miaging pyroelectric LN photodetectors, nga kasagaran limitado sa usa ka tubag nga katulin sa palibot sa 100Hz, kiniLN photodetectoradunay mas paspas nga tulin sa pagtubag hangtod sa 10kHz. Samtang, sa kini nga trabaho, gipakita nga ang magnesium ion doped LN mahimong makab-ot ang eksternal nga modulasyon sa kahayag nga adunay tubag hangtod sa 10kHz. Kini nga trabaho nagpasiugda sa panukiduki bahin sa taas nga pasundayag ughigh-speed nga LN photodetectorsa pagtukod sa fully functional single-chip integrated LN photonic chips.
Sa katingbanan, ang natad sa panukiduki sathin film lithium niobate photodetectorsadunay importante nga siyentipikanhong kahulogan ug dako nga praktikal nga potensyal sa paggamit. Sa umaabot, uban sa pag-uswag sa teknolohiya ug sa pagpalawom sa panukiduki, manipis nga film lithium niobate (LN) photodetector molambo ngadto sa mas taas nga integration. Ang paghiusa sa lain-laing mga pamaagi sa integration aron makab-ot ang taas nga performance, paspas nga pagtubag, ug wideband thin film lithium niobate photodetectors sa tanang aspeto mahimong usa ka kamatuoran, nga makapauswag pag-ayo sa pagpalambo sa on-chip integration ug intelihenteng sensing fields, ug paghatag og dugang nga mga posibilidad alang sa bag-ong henerasyon sa mga aplikasyon sa photonics.