Κρυστάλλοι νιοβατικού λιθίου, λεπτές ταινίες μονοκρυστάλλων και η μελλοντική διάταξη τους στη βιομηχανία οπτικών τσιπ
Σύνοψη του άρθρου
Με την ταχεία ανάπτυξη πεδίων εφαρμογής όπως η τεχνολογία επικοινωνιών 5G/6G, τα μεγάλα δεδομένα και η τεχνητή νοημοσύνη,Η ζήτηση για τη νέα γενιά φωτονικών τσιπ αυξάνεται μέρα με τη μέρα.Κρυστάλλοι νιοβατικού λιθίου, με τις εξαιρετικές ηλεκτρο-οπτικές, μη γραμμικές οπτικές και πιεζοηλεκτρικές τους ιδιότητες,έχουν γίνει το βασικό υλικό των φωτονικών τσιπ και είναι γνωστό ως το "οπτικό υλικό πυριτίου" της φωτονικής εποχήςΤα τελευταία χρόνια έχουν σημειωθεί σημαντικές εξελίξεις στην προετοιμασία λεπτών ταινιών μονοκρυσταλλικού νιοβατικού λιθίου και στην τεχνολογία επεξεργασίας συσκευών, που αποδεικνύουν πλεονεκτήματα, όπως μικρότερο μέγεθος, μικρότερη θερμοκρασία και υψηλότερη θερμοκρασία.μεγαλύτερη ολοκλήρωσηΗ μέθοδος αυτή έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής σε ηλεκτρο-οπτικούς διαμορφωτές υψηλής ταχύτητας, ολοκληρωμένη οπτική,κβαντική οπτική και άλλους τομείς. The article introduces the domestic and international research and development progress and relevant policies of the preparation technology of optical-grade lithium niobate crystals and single crystal films, καθώς και τις τελευταίες εφαρμογές τους στους τομείς των οπτικών τσιπ, των ολοκληρωμένων οπτικών πλατφορμών, των κβαντικών οπτικών συσκευών κλπ.Αναλύθηκαν οι τάσεις ανάπτυξης και οι προκλήσεις της βιομηχανικής αλυσίδας των συσκευών λιθίου νιοβατικού, και υποβλήθηκαν προτάσεις για τη μελλοντική διάταξη.Η Κίνα βρίσκεται σε στάδιο ανάκαμψης του διεθνούς προηγμένου επιπέδου στους τομείς των λεπτών ταινιών μονοκρυσταλλικού νιοβατικού λιθίου και των οπτοηλεκτρονικών συσκευών με βάση το νιοβατικό λιθίου, αλλά εξακολουθεί να υπάρχει ένα σημαντικό κενό στην εκβιομηχάνιση υψηλής ποιότητας υλικών κρυστάλλων νιοβατικού λιθίου.Με τη βελτιστοποίηση της βιομηχανικής διάταξης και την ενίσχυση της βασικής έρευνας και ανάπτυξης, η Κίνα αναμένεται να σχηματίσει ένα πλήρες βιομηχανικό σύμπλεγμα νιοβατικού λιθίου από την προετοιμασία υλικού μέχρι το σχεδιασμό, την κατασκευή και την εφαρμογή συσκευών.
Οι δισκίες LiNbO3 της ZMSH
Σύντομη επισκόπηση του άρθρου
Με την ταχεία ανάπτυξη τομέων όπως η τεχνολογία επικοινωνίας 5G/6G, τα μεγάλα δεδομένα, η τεχνητή νοημοσύνη, η οπτική επικοινωνία, η ολοκληρωμένη φωτονική και η κβαντική οπτική,Η ζήτηση για τη νέα γενιά φωτονικών τσιπ και τα βασικά κρυστάλλινα υλικά τους γίνεται όλο και πιο επείγουσαΤο νιοβατικό λίθιο (LN) είναι ένας πολυλειτουργικός κρύσταλλος με ιδιότητες όπως πιεζοηλεκτρικότητα, σιδηροηλεκτρικότητα, πυροηλεκτρικότητα, ηλεκτρο-οπτική, ακουτοπτική, φωτοελαστικότητα και μη γραμμικότητα.Είναι σήμερα ένας από τους κρύσταλλους με τις καλύτερες ολοκληρωμένες επιδόσεις στη φωτονικήΟ ρόλος του νιοβατικού λιθίου στις μελλοντικές οπτικές συσκευές είναι παρόμοιος με αυτόν των υλικών με βάση το πυρίτιο στις ηλεκτρονικές συσκευές.Και έτσι είναι επίσης γνωστό ως το "οπτικό υλικό πυριτίου" της φωτονικής εποχής.Η λεπτή ταινία νιοβατικού λιθίου (LNOI) είναι ένα είδος υλικού λεπτής ταινίας με βάση τους κρυστάλλους νιοβατικού λιθίου και έχει εξαιρετικές φωτοηλεκτρικές ιδιότητες:Οι λεπτές ταινίες μονοκρυσταλλικού νιοβατικού λιθίου έχουν εξαιρετικά ηλεκτρο-οπτικά αποτελέσματα και είναι κατάλληλες για οπτικούς διαμορφωτές υψηλής ταχύτητας2 Χαμηλή οπτική απώλεια. Η δομή λεπτής ταινίας μειώνει την απώλεια διάδοσης του φωτός και είναι κατάλληλη για οπτικοηλεκτρονικές συσκευές υψηλών επιδόσεων. 3 Ευρύ διαφανές παράθυρο.Έχει υψηλή διαφάνεια στο ορατό φως και τις κοντινές υπερύθριες ζώνες. 4 Μη γραμμικά οπτικά χαρακτηριστικά. Υποστήριξη μη γραμμικών οπτικών επιπτώσεων, όπως δευτερογενής αρμονική παραγωγή (SHG). 5 Συμβατό με την ολοκλήρωση με βάση το πυρίτιο.Η ενσωμάτωση με οπτοηλεκτρονικές συσκευές με βάση το πυρίτιο μπορεί να επιτευχθεί μέσω τεχνολογίας σύνδεσηςΤα τελευταία χρόνια, πολλά ερευνητικά έργα που έχουν αναπτυχθεί στο εσωτερικό και στο εξωτερικό έχουν λάβει τους κρυστάλλους νιοβατικού λιθίου και τις μονοκρυσταλλικές ταινίες ως σημαντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης.Ειδικά στους τομείς των μικροκυμάτων φωτονικών τσιπ, οπτικοί κυματοδηγοί, ηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτές, μη γραμμική οπτική και κβαντικές συσκευές.
Πίνακας 1 Σημαντικά τεχνολογικά γεγονότα στον τομέα του λιθίου
Οι λεπτές ταινίες νιοβατικού λιθίου έχουν γίνει ένα σημαντικό υποψήφιο υλικό για το υπόστρωμα μιας νέας γενιάς πολυλειτουργικών ολοκληρωμένων φωτονικών τσιπ επεξεργασίας πληροφοριών.Η δυναμικότητα αγοράς των οπτικών διαμορφωτών με βάση τα υλικά των κρυστάλλων νιοβατικού λιθίου προβλέπεται να είναι 36Σε σύγκριση με τους διαμορφωτές φωτονικού πυριτίου και τους διαμορφωτές φωσφοριδίου ινδίου, οι διαμορφωτές νιοβατικού λιθίου λεπτής ταινίας έχουν τα πλεονεκτήματα του υψηλού εύρους ζώνης,χαμηλή απώλεια εισαγωγής, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, υψηλή αξιοπιστία και υψηλή αναλογία εξαφάνισης.που μπορεί να ανταποκρίνεται στις ολοένα και πιο μικροσκοπικές απαιτήσεις των συνεκτικών οπτικών ενοτήτων και των οπτικών ενοτήτων επικοινωνίας δεδομένωνΗ Κίνα είναι ανεξάρτητα ελεγχόμενη σε κρυστάλλινα υλικά, κρυστάλλινες ταινίες, μεθόδους επεξεργασίας, συσκευές και συστήματα.Πολλοί εγχώριοι κατασκευαστές έχουν κυκλοφορήσει οπτικές ενότητες με λεπτό φιλμ λιθίου νιοβατικού διαλύματος 800 GbpsΟι πελάτες της κατωτέρω σειράς έχουν δοκιμάσει τα αντίστοιχα προϊόντα.
1Η πρόοδος της έρευνας για τους κρυστάλλους νιοβατικού λιθίου και τις μονοκρυσταλλικές ταινίες
Οι φυσικοχημικές ιδιότητες των μονοκρυστάλλων νιοβατικού λιθίου εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από [Li]/[Nb] και τις προσμείξεις.Ο κρυστάλλος του ομοειδούς νιοβατικού λιθίου (CLN) με την ίδια σύνθεση είναι ανεπαρκής σε λιθίου.Η αναλογία [Li]/[Nb] του Stoichiomentric Lithium Niobate (SLN) είναι κοντά στο 1 ̊1.Αν και έχει εξαιρετικές επιδόσειςΤα μονοκρυστάλλια νιοβατικού λιθίου ταξινομούνται σε ακουστική και οπτική ποιότητα.Οι σχετικές μονάδες που ασχολούνται κυρίως με την ανάπτυξη κρυστάλλων νιοβατικού λιθίου εμφανίζονται στον πίνακα 1.Μεταξύ αυτών, η εταιρεία που ασχολείται κυρίως με την ανάπτυξη του οπτικού νιοβατικού λιθίου είναι μια ιαπωνική επιχείρηση.το ποσοστό εγχώριας παραγωγής πλακών νιοβατικού λιθίου οπτικής ποιότητας είναι μικρότερο του 5%Η Yamashiro Ceramics Co., LTD. (εφεξής "Yamashiro Ceramics") έχει βιομηχανοποιήσει κρυστάλλους και πλάκες νιοβατικού λιθίου μήκους 8 ιντσών (Σχήμα 1 (α)).Tiantong Holdings Co.., LTD. (εφεξής "Tiantong Co., LTD") και της China Electronics Technology Group Corporation Deqinghua Ying Electronics Co., LTD.(εφεξής "Deqinghua Ying") παρήγαγε, αντίστοιχα, κρυστάλλους νιοβατικού λιθίου μήκους 8 ιντσών και πλακίδια το 2000 και το 2019Από την άποψη του στεχειομετρικού συντελεστή και του οπτικώς υψηλού επιπέδου νιοβατικού λιθίουΥπάρχει ακόμα ένα τεχνολογικό κενό περίπου 20 ετών μεταξύ των κινεζικών επιχειρήσεων ανάπτυξης κρυστάλλων νιοβατικού λιθίου και των ιαπωνικών επιχειρήσεων.Ως εκ τούτου, υπάρχει επείγουσα ανάγκη στην Κίνα να σημειωθεί πρόοδος στη θεωρία ανάπτυξης και στην τεχνολογία διεργασίας υψηλής ποιότητας κρυστάλλων νιοβατικού λιθίου οπτικής ποιότητας.
Σχήμα 1 Κρυστάλλιο νιοβατικού λιθίου και λεπτή ταινία μονοκρυστάλλου
The breakthroughs in lithium niobate photonic structures and photonic chips and devices worldwide are mainly attributed to the development and industrialization of lithium niobate thin film material technologyΩστόσο, λόγω της υψηλής εύθραυσης των μονοκρυστάλλων νιοβατικού λιθίου, είναι εξαιρετικά δύσκολο να παρασκευαστούν ταινίες κλίμακας εκατό νανομέτρων (100-2.000 nm) με χαμηλά ελαττώματα και υψηλής ποιότητας.Τεχνικές εμφύτευσης ιόντων και άμεσης δέσμευσης απολέπισης χύδην μεμονωμένων κρυστάλλων σε ταινίες μεμονωμένων κρυστάλλων νιοβατικού λιθίου σε νανοκλίμακαΣήμερα, μόνο λίγες εταιρείες στον κόσμο, μεταξύ των οποίων η Jinan Jingzheng, η γαλλική εταιρεία Soitec SA και η ιαπωνική Kiko Co., LTD.,να έχουν κυριαρχήσει στην τεχνολογία παρασκευής λεπτών ταινιών μονοκρυσταλλικού νιοβατικού λιθίουΗ Jinan Jingzheng έχει υιοθετήσει τις βασικές τεχνολογίες της κοπής ακτίνων ιόντων και της άμεσης σύνδεσης, και ήταν η πρώτη στον κόσμο που πέτυχε την εκβιομηχάνιση.Έχει σχηματίσει ένα παγκοσμίως ηγετικό εμπορικό σήμα λεπτής ταινίας νιοβατικού λιθίου (NanoLN), υποστηρίζοντας πάνω από το 90% της βασικής έρευνας και ανάπτυξης συσκευών λεπτής ταινίας νιοβατικού λιθίου παγκοσμίως.Η Jinan Jingzheng κυκλοφόρησε ταινία νιοβατικού λιθίου οπτικής ποιότητας μήκους 8 ιντσών (Σχήμα 1 (β)), και είναι επίσης η πρώτη επιχείρηση στον κλάδο που παράγει φιλμ νιοβατικού λιθίου από κρυστάλλους νιοβατικού λιθίου 8 ιντσών στον άξονα Χ. Οι βασικοί δείκτες των προϊόντων της σειράς Jinan Jingzheng,όπως φυσικές ιδιότητες, ομοιότητα πάχους, καταστολή ελαττωμάτων και εξάλειψη, είναι όλα σε διεθνές κορυφαίο επίπεδο.Η κατάσταση των επιχειρήσεων που σχετίζονται με την παρασκευή κρυστάλλων νιοβατικού λιθίου και ταινιών μονοκρυστάλλων παρουσιάζεται στον πίνακα 2..
Πίνακας 2 Εταιρείες παραγωγής κρυστάλλων νιοβατικού λιθίου και λεπτών ταινιών μονοκρυστάλλων
2Προηγμένες εφαρμογές του νιοβατικού λιθίου
Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά μονοκρυσταλλικά υλικά νιοβατικού λιθίου, το νιοβατικό λιθίου λεπτής ταινίας έχει μικρότερο μέγεθος, χαμηλότερο κόστος, υψηλότερη ολοκλήρωση,και μπορεί να λειτουργεί σταθερά σε ευρύτερο εύρος θερμοκρασιών και ηλεκτρικών πεδίωνΤα πλεονεκτήματα αυτά καθιστούν ευρείες τις προοπτικές εφαρμογής σε τομείς όπως η επικοινωνία 5G, η κβαντική πληροφορική, η επικοινωνία οπτικών ινών και οι αισθητήρες,Ειδικά με μεγάλη δυναμικότητα στη φωτοηλεκτρική διαμόρφωση, η επεξεργασία οπτικών σημάτων και η υψηλής ταχύτητας μετάδοση δεδομένων (πίνακας 3).
Πίνακας 3 Κύρια πεδία εφαρμογής των κρυστάλλων νιοβατικού λιθίου και των λεπτών ταινιών μονοκρυστάλλων
2.1 Ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής υψηλών ταχυτήτων
Οι διαμορφωτές νιοβατικού λιθίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε υπερ-υψηλής ταχύτητας δίκτυα οπτικής επικοινωνίας, υποβρύχια δίκτυα οπτικής επικοινωνίας,Μεταπολεμικά κεντρικά δίκτυα και άλλα πεδία λόγω των πλεονεκτημάτων τους, όπως η υψηλή ταχύτητα, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και υψηλή αναλογία σήματος/θόρυβου.Η τεχνολογία επεξεργασίας κυματοειδών με εξαιρετικά χαμηλή απώλεια και η ετερογενής ολοκλήρωση έχουν προωθήσει την ανάπτυξη διαμορφωτών νιοβατικού λιθίου λεπτής ταινίας, επιτρέποντάς τους να υποστηρίζουν εφαρμογές 800 Gbps και 1,6 T υψηλής ταχύτητας οπτικών ενοτήτων.το νιοβάτη λιθίου λεπτής επιφάνειας διαθέτει εξαιρετικά χαρακτηριστικά, όπως εξαιρετικά υψηλό εύρος ζώνης, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, χαμηλή απώλεια, μικρό μέγεθος και ικανότητα να επιτευχθεί μεγάλης κλίμακας παραγωγή σε επίπεδο πλακών (πίνακας 4), καθιστώντας το ιδανικό υλικό για φωτοηλεκτρικούς διαμορφωτές.Η παγκόσμια αγορά διαμορφωτών νιοβατικού λιθίου λεπτής ταινίας αυξάνεται σταθεράΑναμένεται ότι η συνολική αξία της παγκόσμιας αγοράς θα φτάσει τα 2 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2029, με συνδυασμένο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 41,0%.
Πίνακας 4 Σύγκριση των επιδόσεων των υλικών υποστρώματος για οπτικές μονάδες
Διεθνώς, η ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ ανέπτυξε με επιτυχία συμπληρωματικό ημιαγωγό οξειδίου μετάλλου με εύρος ζώνης 100 GHz το 2018.CMOS) συμβατός ολοκληρωμένος ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής Mach-Zehnder Interferometer (MZI)Η Fujitsu Optical Devices Co., Ltd. κυκλοφόρησε τον πρώτο εμπορικό διαμορφωτή λιθίου νιοβατικού λεπτής ταινίας 200 GBaud του κόσμου το 2021.μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Sun Yat-sen κατάφερε ένα υβριδικό ολοκληρωμένο ηλεκτρο-οπτικό διαμορφωτή από πυρίτιο και νιοβάτη λιθίου. Η Ningbo Yuanxin Optoelectronic Technology Co., Ltd. κυκλοφόρησε το εγχώριο προϊόν διαμορφωτή αντοχής νιοβατικού λιθίου λεπτής ταινίας το 2021. Το 2022,Το Πανεπιστήμιο Sun Yat-sen συνεργάστηκε με την Huawei για να αναπτύξει το πρώτο παγκοσμίως πολωμένο πολλαπλέξιο συνεκτικό οπτικό διαμορφωτή τσιπ με βάση λεπτές ταινίες νιοβατικού λιθίου. The lithium niobate thin-film coherent modulator chip of Niobo Optoelectronics supports 100 km optical fiber transmission of 260 GBaud DP-QPSK (Gigabaud Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying) signalsΤο 2023, η εταιρεία Zhuhai Guangku Technology Co., LTD. (εφεξής γνωστή ως Guangku Technology) παρουσίασε ένα προϊόν διαμορφωτή αντοχής νιοβατικού λιθίου λεπτής ταινίας με εξαιρετικά υψηλό εύρος ζώνης και μικρό όγκο.Chengdu Xinyisheng Communication Technology Co.., LTD. (εφεξής "Xinyisheng") εφάρμοσε αυτή την τεχνολογία σε οπτικές μονάδες 800 Gbps, με κατανάλωση ισχύος μόλις 11,2 W.Το νιοβάτη λιθίου λεπτής ταινίας παρουσιάζει μεγάλο δυναμικό σε σχετικές εφαρμογές μετάδοσης μεγάλων αποστάσεων, τα δίκτυα μητροπολιτικών περιοχών και τα δίκτυα διασύνδεσης κέντρων δεδομένων, καθώς και σε τετραετή διαμόρφωση εύρους παλμού (Pulse Amplitude Modulation 4,PAM-4) εφαρμογές κέντρων δεδομένων και συστάσεων τεχνητής νοημοσύνηςΟπως ο συντονιστικός διαμορφωτής οδήγησης 130 GBaud και το προϊόν PAM-4 800 Gbps της Guangkuo Technology, καθώς και ο δέκτης PAM-4 που κυκλοφόρησε από κοινού από την HyperLight Corporation των Ηνωμένων Πολιτειών,Newesun και Arista Networks Corporation των Ηνωμένων ΠολιτειώνΤα προϊόντα αυτά αποδεικνύουν πλήρως τα σημαντικά πλεονεκτήματα της τεχνολογίας νιοβατικού λιθίου λεπτής ταινίας για την αύξηση του εύρους ζώνης και τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.Η Κίνα βρίσκεται σε ένα στάδιο που τρέχει αλληλένδετο με το διεθνές προηγμένο επίπεδο σε αυτόν τον τομέα..
2.2 Ενσωματωμένη οπτική πλατφόρμα νιοβατικού λιθίου
Στην ενσωματωμένη οπτική πλατφόρμα νιοβατικού λιθίου, η εφαρμογή από τη χτένα συχνότητας στον μετατροπέα συχνότητας και τον διαμορφωτή έχει πραγματοποιηθεί,Ενώ η ενσωμάτωση του λέιζερ στο τσιπ του νιοβατικού λιθίου είναι μια μεγάλη πρόκλησηΤο 2022, μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, σε συνεργασία με το HyperLight και το Freedom Photonics,επιτεύχθηκε μια πηγή παλμών femtosecond σε επίπεδο τσιπ και ο πρώτος παγκοσμίως πλήρως ολοκληρωμένος λέιζερ υψηλής ισχύος με τσιπ νιοβατικού λιθίου σε ολοκληρωμένη οπτική πλατφόρμα νιοβατικού λιθίου (σχήμα 2 (α))Αυτός ο τύπος λέιζερ νιοβατικού λιθίου στο τσιπ ενσωματώνει λέιζερ υψηλής απόδοσης, που μπορούν να μειώσουν σημαντικά το κόστος.πολυπλοκότητα και κατανάλωση ενέργειας των μελλοντικών συστημάτων επικοινωνιώνΤαυτόχρονα, μπορεί να ενσωματωθεί σε μεγαλύτερα οπτικά συστήματα και μπορεί να εφαρμοστεί ευρέως σε τομείς όπως η ανίχνευση, τα ατομικά ρολόγια, το lidar, οι κβαντικές πληροφορίες και οι τηλεπικοινωνίες δεδομένων.Συνεχιζόμενη ανάπτυξη ενσωματωμένων λέιζερ που διαθέτουν ταυτόχρονα στενό πλάτος γραμμής, υψηλή σταθερότητα και υψηλής ταχύτητας λειτουργία διαμόρφωσης συχνότητας είναι επίσης μια σημαντική ζήτηση στη βιομηχανία.Οι ερευνητές από το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας και την IBM πέτυχαν χαμηλή απώλεια, στενό πλάτος γραμμής, υψηλό ρυθμό διαμόρφωσης και σταθερή απόδοση λέιζερ σε ετεροενσωματωμένη οπτική πλατφόρμα νιοβατικού λιθίου- νιτρικού πυριτίου.ο οπτικός παλμός είναι 40,8 ps σε 1,065 nm, η ενέργεια υπερβαίνει τα 2,6 pJ και η μέγιστη ισχύς υπερβαίνει τα 0,5 W.
Σχήμα 2 Ενσωματωμένη φωτονική εφαρμογή νιοβατικού λιθίου
Researchers from the National Institute of Standards and Technology in the United States have successfully generated a continuous-frequency comb spectrum spanning the ultraviolet to visible spectrum by introducing multi-segment nanopphotonics integrated thin-film lithium niobate waveguides, σε συνδυασμό με μηχανική διασπορά και τσιρπ οιονεί φάση αντιστοιχία.Το ενσωματωμένο φωτολογικό τσιπ μικροκυμάτων νιοβατικού λιθίου που αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου της πόλης του Χονγκ Κονγκ μπορεί να χρησιμοποιήσει οπτική για υπερταχείες αναλογικές ηλεκτρονικές επεξεργασίες σήματος και υπολογιστώνΕίναι 1.000 φορές ταχύτερο από τους παραδοσιακούς ηλεκτρονικούς επεξεργαστές, με ένα υπεραπλούστερο εύρος ζώνης επεξεργασίας 67 GHz και εξαιρετική ακρίβεια υπολογισμών. a research team from Nankai University and City University of Hong Kong collaborated to successfully develop the world's first integrated thin-film lithium niobate photonic millimeter-wave radar based on a 4-inch thin-film lithium niobate platform, επιτυγχάνοντας σημαντικές εξελίξεις στην απόσταση σε επίπεδο εκατοστιαίου, την ανίχνευση ταχύτητας και τη δι-διάστατη απεικόνιση του ραντάρ αντίστροφης συνθετικής διαφάνειας (σχήμα 2 (β)).Τα παραδοσιακά ραντάρ χιλιοστών κυμάτων συνήθως απαιτούν πολλά διακριτά εξαρτήματα για να λειτουργούν μαζίΩστόσο, μέσω της τεχνολογίας ενσωμάτωσης σε τσιπ, όλες οι βασικές λειτουργίες του ραντάρ ενσωματώνονται σε ένα μόνο τσιπ 15 mm × 1,5 mm × 0,5 mm, μειώνοντας σημαντικά την πολυπλοκότητα του συστήματος.Η τεχνολογία αυτή θα εφαρμοστεί σε τομείς όπως τα ραντάρ σε οχήματα, αερομεταφερόμενα ραντάρ και έξυπνα σπίτια στην εποχή 6G.
2.3 Εφαρμογές κβαντικής οπτικής
Μια ποικιλία λειτουργικών συσκευών, όπως μπλεγμένες πηγές φωτός, ηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτές και διαχωριστές δέσμης κυματοδηγού, είναι ενσωματωμένες σε ταινίες νιοβατικού λιθίου.Αυτός ο ολοκληρωμένος σχεδιασμός μπορεί να επιτύχει αποτελεσματική παραγωγή και υψηλής ταχύτητας έλεγχο των φωτονικών κβαντικών καταστάσεων στο τσιπ, καθιστώντας τις λειτουργίες των κβαντικών τσιπ πιο άφθονες και ισχυρές και παρέχοντας μια πιο αποτελεσματική λύση για την επεξεργασία και τη μετάδοση κβαντικών πληροφοριών.Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ συνένωσαν διαμάντι και νιοβάτη λιθίου σε ένα μόνο τσιπΗ μοριακή δομή του διαμαντιού είναι εύκολη στη χειραγώγηση και μπορεί να φιλοξενήσει ένα σταθερό qubit, ενώ το νιοβατικό λίθιο μπορεί να αλλάξει τη συχνότητα του φωτός που περνάει από αυτό για να ρυθμίσει το φως.Ο συνδυασμός αυτού του υλικού παρέχει νέες ιδέες για τη βελτίωση της απόδοσης και τη λειτουργική επέκταση των κβαντικών τσιπΗ δημιουργία και χειρισμός συμπιεσμένων κβαντικών καταστάσεων φωτός είναι η βασική βάση της τεχνολογίας κβαντικής βελτίωσης.αλλά το σύστημα προετοιμασίας του απαιτεί συνήθως επιπλέον μεγάλα οπτικά στοιχείαΜια ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας έχει αναπτύξει με επιτυχία μια ολοκληρωμένη πλατφόρμα νανοσωματιδίων βασισμένη σε υλικά νιοβατικού λιθίου.που επιτρέπουν την παραγωγή και τη μέτρηση συμπιεσμένων καταστάσεων στο ίδιο οπτικό τσιπ. This technique for preparing and characterizing sub-optical periodic compressed states in nanophotonic systems provides an important technical path for the development of scalable quantum information systems.
3. Τάσεις ανάπτυξης και προκλήσεις
Με την ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης και των μεγάλων μοντέλων, τα μελλοντικά σημεία ανάπτυξης του νιοβατικού λιθίου θα επικεντρωθούν κυρίως στον τομέα των υψηλής τεχνολογίας οπτικών τσιπ (πίνακας 5),ειδικά περιλαμβανομένων των ανακαλύψεων στις βασικές τεχνολογίες οπτικών τσιπ, όπως οι οπτικοί διαμορφωτές υψηλής ταχύτητας, λέιζερ και ανιχνευτές: Προώθηση της εφαρμογής λεπτών ταινιών νιοβατικού λιθίου σε οπτικά τσιπ και βελτίωση της απόδοσης των συσκευών·Ενίσχυση της έρευνας και της ανάπτυξης της τεχνολογίας προετοιμασίας λεπτών ταινιών νιοβατικού λιθίου για την επίτευξη μεγάλης παραγωγής λεπτών ταινιών υψηλής ποιότηταςΠροώθηση της ενσωμάτωσης των ταινιών νιοβατικού λιθίου με οπτοηλεκτρονικές συσκευές με βάση το πυρίτιο για τη μείωση του κόστους.
Πίνακας 5 Προοπτικές της φωτονικής νιοβατικού λιθίου και των εφαρμογών της
Το οπτικό νιοβάτη λιθίου εφαρμόζεται κυρίως σε τομείς όπως η οπτική επικοινωνία, τα γυροσκόπια οπτικών ινών, τα υπερταχεία λέιζερ και η καλωδιακή τηλεόραση.Η κατεύθυνση που μπορεί να εισέλθει σε ώριμη εφαρμογή η ταχύτερη μπορεί να είναι η οπτική επικοινωνίαΣτο πεδίο της οπτικής επικοινωνίας, το μέγεθος της αγοράς των τσιπ και συσκευών διαμόρφωσης νιοβατικού λιθίου ανέρχεται περίπου σε 10 δισεκατομμύρια γιουάν.Πολλά υψηλής ποιότητας υποστρώματα νιοβατικού λιθίου οπτικής ποιότητας στην Κίνα πρέπει να εισαχθούν από την ΙαπωνίαΚαθώς η Ιαπωνία εντείνει τους περιορισμούς της στον τομέα των ημιαγωγών της Κίνας, τα υποστρώματα νιοβατικού λιθίου ενδέχεται να εμφανιστούν στον περιορισμένο κατάλογο.Καθώς η τεχνολογία υψηλής ταχύτητας συνεκτικής οπτικής μετάδοσης συνεχίζει να επεκτείνεται από τις μεγάλες αποστάσεις / γραμμές κορμού σε περιφερειακά / κέντρα δεδομένων και άλλους τομείς, η ζήτηση για ψηφιακούς οπτικούς διαμορφωτές που χρησιμοποιούνται στην υψηλής ταχύτητας συνεκτική οπτική επικοινωνία θα συνεχίσει να αυξάνεται.Η παγκόσμια αποστολή οπτικών διαμορφωτών υψηλής ταχύτητας αναμένεται να φθάσει τα 2 εκατ. λιμάνια το 2024Κατά συνέπεια, η ζήτηση για υποστρώματα νιοβατικού λιθίου θα αυξηθεί επίσης σημαντικά.
Κρυστάλλος LiNbO3 του ZMSH
Το μεγαλύτερο εμπόδιο στη μαζική παραγωγή οπτικών υλικών νιοβατικού λιθίου είναι η συνέπεια της οπτικής ποιότητας, συμπεριλαμβανομένης της συνέπειας της σύνθεσης,ελαττώματα και μικροδομή του ίδιου του κρυσταλλικού υλικού, καθώς και την ακρίβεια των πλακιδίων που επεξεργάζονται με τη διαδικασία χημικής μηχανικής λαξεύσεως (CMP).Το κύριο πρόβλημα έγκειται στην ανεπαρκή έρευνα για βαθύτερα επιστημονικά και τεχνολογικά ζητήματα της ανάπτυξης των κρυστάλλων.Η αύξηση της υψηλής ποιότητας οπτικής ποιότητας LN απαιτεί επειγόντως σε βάθος έρευνα για να κατανοήσουμε τους πολυ-εκτατικούς φυσικοχημικούς μηχανισμούς της.δομές διασύνδεσης στερεό-ρευστό, διαφανειακή μεταφορά ιόντων, καθώς και δυναμικές δομές ελαττωμάτων και μηχανισμούς σχηματισμού κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης, και προσομοίωση της πραγματικής διαδικασίας ανάπτυξης κρυστάλλου κλπ.Πώς να σπάσει μέσα από τη θεωρία και την τεχνολογία της προετοιμασίας των μεγάλων μεγεθών κρυστάλλινα υλικά? Ranking first among the 10 frontier scientific questions released by the China Association for Science and Technology in 2021 indicates that the fundamental scientific issues in the preparation of large-sized crystal materials have become the key factor restricting the rapid development of this industry.
Οι τεχνικές προκλήσεις των ηλεκτρο-οπτικών συσκευών νιοβατικού λιθίου βρίσκονται κυρίως στις διαδικασίες σχηματισμού λεπτών ταινιών, χαρακτικής και CMP,με προβλήματα όπως η υψηλή τραχύτητα της επιφάνειας των κυματοειδών με σχήμα κορυφής και η χαμηλή απόδοση επεξεργασίαςΟι οπτικές εφαρμογές έχουν υψηλές απαιτήσεις για την επεξεργασία πλακιδίων και συσκευών, και ο εξοπλισμός υψηλής ακρίβειας είναι βασικά μονοπωλημένος από ξένους εξοπλισμούς.Οι αλλαγές ελαττωμάτων που προκαλούνται από το σχηματισμό λεπτών μερών των μονοκρυστάλλων νιοβατικού λιθίου και η επίδρασή τους στη σχέση δομής-αποτελεστών, όπως το πρόβλημα της παράτασης συνεχούς ρεύματος των λεπτών ταινιών νιοβατικού λιθίου σε ολοκληρωμένες οπτικές πλατφόρμες.
4Προτάσεις.
(1)Ενίσχυση του στρατηγικού σχεδιασμού και των κατευθυντήριων γραμμών πολιτικής, δημιουργία ενός οικοσυστήματος καινοτομίας και επίτευξη επιδράσεων συσσωματωμάτων.Τα λεπτά φύλλα μονοκρυσταλλικού νιοβατικού λιθίου έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής στα οπτοηλεκτρονικά τσιπΗ κυβέρνηση έχει καθιερώσει στρατηγικό σχεδιασμό και κατευθυντήριες γραμμές πολιτικής,Το κέντρο της περιοχής είναι το "Lithium Niobate Valley"., ενθάρρυνε την ανάπτυξη νεοσύστατων επιχειρήσεων και προώθησε την ταχεία ανάπτυξη και επέκταση της βιομηχανίας νιοβατικού λιθίου.
(2) Ενίσχυση της συνεργασίας μεταξύ των επιχειρήσεων υλικών, συσκευών και συστημάτων και ερευνητικών ιδρυμάτων για τη δημιουργία ενός συνεργατικού οικοσυστήματος καινοτομίας.Πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα παρέχουν θεωρητική έρευνα και τεχνική υποστήριξηΟι επιχειρήσεις είναι υπεύθυνες για τη μετατροπή των ερευνητικών αποτελεσμάτων σε πρακτικά προϊόντα και την προώθηση της βιομηχανικής εφαρμογής της τεχνολογίας του νιοβατικού λιθίου.Οι σχετικές επιχειρήσεις σχηματίζουν συνεργατικές συμμαχίες για να λύσουν από κοινού τεχνικά προβλήματα και να μοιραστούν πόρους και αγορέςΓια παράδειγμα, στην παραγωγή υλικών νιοβατικού λιθίου, στην κατασκευή συσκευών και στην ανάπτυξη εφαρμογών, οι επιχειρήσεις μπορούν να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα,μείωση του κόστους και ενίσχυση της ανταγωνιστικότητας της αγοράς μέσω συνεργασίας.
Το μονοκρυστάλλιο νιοβατικού λιθίου του ZMSH
(3) Ενίσχυση των "πρώτων αρχών" και διερεύνηση τεχνολογικών διαδρομών που θα προκαλέσουν διαταραχές.Θα πρέπει να κατανοήσουμε στενά την αρχική τεχνολογία και τα θεμελιώδη επιστημονικά ζητήματα για να επιτύχουμε την έρευνα και ανάπτυξη βασικών τεχνολογιών από κρυστάλλους νιοβατικού λιθίουΓια παράδειγμα, να διερευνήσει την εφαρμογή του νιοβατικού λιθίου σε κβαντικές τεχνολογίες, όπως η κβαντική πληροφορική και η κβαντική επικοινωνία.
(4) Διαπιστημονική συνεργασία και τεχνολογική ολοκλήρωση για την καλλιέργεια σύνθετων ταλέντων.Οι ταινίες και οι συσκευές απαιτούν γνώσεις και τεχνολογία από πολλούς κλάδους όπως η φυσική., χημεία, επιστήμη των υλικών, ηλεκτρονική μηχανική, λογισμικό και τεχνητή νοημοσύνη, και χρειάζεται περισσότερα σύνθετα ταλέντα.Οι κυβερνητικές πολιτικές εισαγωγής ταλέντων (όπως επιδοτήσεις για τους εγκαταστάτες και προτιμήσεις στέγασης) είναι απαραίτητες για την προσέλκυση περισσότερων υψηλού επιπέδου ταλέντων στο εσωτερικό και στο εξωτερικόΗ αγορά εργασίας προωθεί την κινητικότητα των ταλέντων και την καινοτομία των επιχειρήσεων.
5Συμπεράσματα
Η Κίνα βρίσκεται σε μια φάση που συμβαδίζει με το διεθνές προηγμένο επίπεδο στις μονοκρυσταλλικές ταινίες νιοβατικού λιθίου και στις προηγμένες συσκευές,Αλλά υπάρχουν ακόμα κάποια προβλήματα στην υψηλής ποιότητας ανάπτυξη κρυστάλλων, βιομηχανία συσκευών και προηγμένες εφαρμογές.για την περαιτέρω βελτίωση της ομοιομορφίας και της οπτικής απόδοσης των μονοκρυσταλλικών ταινιών νιοβατικού λιθίου και την επίτευξη συσκευών με υψηλότερους συντελεστές ποιότητας και χαμηλότερες απώλειεςΓια να επιτευχθεί αυτή η πρόοδος, είναι αναγκαίο να αναπτυχθούν νέες τεχνολογίες επεξεργασίας και τεχνικές προετοιμασίας υλικών και να αναπτυχθούν πιο ακριβείς μεθόδοι αριθμητικής προσομοίωσης και βελτιστοποίησης.είναι αναγκαίο να προωθηθεί η ευρεία ενσωμάτωση οπτικοηλεκτρονικών συσκευών λεπτής επιφάνειας νιοβατικού λιθίου, να μειώσει το κόστος και να επεκτείνει περαιτέρω την εφαρμογή του νιοβατικού λιθίου σε αναδυόμενους τομείς όπως η ολοκληρωμένη οπτική, η κβαντική πληροφορική και η βιοαισθητοποίηση.Η Κίνα διαθέτει πλήρη διάταξη στην αλυσίδα της βιομηχανίας οπτικοηλεκτρονικών προϊόντων και αναμένεται να σχηματίσει βιομηχανικό σύμπλεγμα νιοβατικού λιθίου με διεθνή ανταγωνιστικότητα.
Η ZMSH ειδικεύεται στην προμήθεια και την επεξεργασία ακριβείας των κρυσταλλικών υποστρωμάτων νιοβατικού λιθίου (LiNbO3),παράλληλα παρέχοντας επίσης εξατομικευμένες υπηρεσίες για υλικά ημιαγωγών, συμπεριλαμβανομένου του καρβιδίου του πυριτίου (SiC) και του σαφείρου (Al2O3), ανταποκρίνεται στις προηγμένες απαιτήσεις στις εφαρμογές οπτοηλεκτρονικών, 5G και ηλεκτρονικών ισχύος.Προσφέρουμε ολοκληρωμένη υποστήριξη από την έρευνα και ανάπτυξη μέχρι την μαζική παραγωγή για παγκόσμιους πελάτες., η οποία οδηγεί στην καινοτομία στη βιομηχανία ημιαγωγών.
Το 12 ιντσών SiC και το 12 ιντσών ζαφείρι.
* Παρακαλούμε επικοινωνήστε μαζί μας για τυχόν ανησυχίες σχετικά με τα πνευματικά δικαιώματα, και θα τα αντιμετωπίσουμε αμέσως.