Исследование прогресса фотонных устройств на тонких плёнках lithium-niobate-on-insulator

Кристаллы ниобата лития (LiNbO3, LN) обладают превосходными электрооптическими и нелинейно-оптическими свойствами и считаются одним из наиболее перспективных материалов для создания многофункциональных интегрированных фотонных систем. Благодаря отличным оптическим свойствам кристаллов LN, новая технология тонких плёнок LN в последние годы привлекает большое внимание в исследованиях интегрированной фотоники. С применением современных микро‑ и нанофабрикационных технологий были реализованы многочисленные высокопроизводительные интегрированные фотонные устройства на базе ниобата лития. Интегрированная фотонная платформа может объединять на монолитном субстрате высокую плотность многофункциональных оптических компонентов, микро‑ и нанофотонные структуры и оптические материалы, что обеспечивает гибкую реализацию различных фотонных функций. Одновременно она предоставляет недорогое, компактное и масштабируемое решение для миниатюризации и интеграции свободно‑пространственных оптических систем. Фотонные чипы на основе LN широко используются для быстрого электрооптического модулирования, нелинейного оптического преобразования частоты и генерации частотных гребенок. В частности, периодически полированный ниобат лития (PPLN), основанный на квазипасовойкинге, постепенно стал зрелой интегрированной фотонной платформой и широко применяется в области нелинейной оптики. По мере созревания технологий спекания пластин и бондинга коммерциализированы тонкие плёнки lithium-niobate-on-insulator (LNOI), получаемые методом «smart-cut». Толщина плёнки LN на подложке Si или SiO2 может достигать нескольких сотен нанометров, при этом обеспечивается хорошая равномерность толщины плёнки на больших размерах (3 дюйма). С развитием микро‑ и нанофабрикационных технологий в последние годы значительно улучшились качество и функциональность фотонных устройств на LNOI-чипах, и исследования интегрированных фотонных устройств на основе LNOI активно развиваются. В этой статье мы кратко рассматриваем развитие технологии LNOI, описываем применение нескольких передовых микро‑ и нанофабрикационных методов и суммируем их использование при микро‑/нано‑фабрикации интегрированных фотонных устройств на LNOI‑подложках. Кроме того, мы обобщаем последние достижения в функциональности LNOI‑интегрированных фотонных устройств и даём краткую перспективу их будущих приложений в интегрированной фотонике.