
Projekta nosaukums: Elektrooptiskā modulācija, balstīta uz zudumrežīma rezonanses mehānismu
Pētniecības pieteikuma nr: 1.1.1.9/LZP/1/24/117
Projekta ilgums: 01.06.2025.-31.05.2028.
Projekta vadītājs: Ph.D. Edvīns Ļetko, Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts (LU CFI)
Kopējais finansējums: 184 140 EUR
Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) finansējums: 156 519 EUR
Valsts budžeta finansējums: 18 414 EUR
LU CFI finansējums: 9 207 EUR
Projekta kopsavilkums:
Šis starpdisciplinārais pēcdoktorantūras projekts piedāvā jaunu mehānismu viļņa garuma, intensitātes un polarizācijas modulācijai integrētās fotonikas čipos. Projekts izmanto līdz šim fotonikas modulācijā neizmantoto zudumrežīma modu rezonanses fenomenu un koncentrējas uz trim galvenajiem jauninājumiem: plaša spektra signāla modulāciju, ko nodrošina elektriski regulējama zudumrežīma modu rezonanse, īpaši ātru modulāciju, pateicoties elektronu kustīgumam zudumu pārklājumā, kā arī zudumrežīma modu rezonanses pielietojuma paplašināšanu ārpus sensoriem, īpaši optiskajā modulācijā. Projekts apvieno zināšanas materiālzinātnē, fizikā, ķīmijā, mikroveidošanā, fotonikā un optiskajā skaitļošanā, kas sola jaunas funkcionalitātes un uzlabotu veiktspēju integrētajās fotonikas sistēmās.
PROJEKTA PROGRESS
Laika periods: 01.05.2025. – 30.09.2025.
Projekta īstenošana tika uzsākta ar ierīces modelēšanu COMSOL Multiphysics vidē. Tā kā projekta piedāvātās ierīces darbības pamatā ir elektro–optiskie efekti, kas rodas brīvo lādiņnesēju pārkārtošanās rezultātā, bija nepieciešams apgūt jaunus šī simulācijas rīka iebūvētos moduļus. Ar “Optic Wave” moduli man jau bija iepriekšēja pieredze, tādēļ bija skaidrs, kā to izmantot optisko efektu modelēšanai ierīcē. Savukārt, lai izprastu brīvo lādiņnesēju kinētiku, bija jāapgūst “Semiconductor” modulis no pamatiem. Šī moduļa apguve ļāva noteikt, kādi materiāli būtu vispiemērotākie ierīces izveidei.
Pirmkārt, tika konstatēts, ka LMR signāla nobīdi ārējā elektriskā lauka ietekmē iespējams novērot tikai tuvā infrasarkanā spektra diapazonā. Šī parādība izskaidrojama ar Druda oscilatora modeli, kas apraksta optisko īpašību izmaiņas atkarībā no brīvo lādiņnesēju koncentrācijas tieši šajā diapazonā. Pamatojoties uz iegūtajiem rezultātiem, par viļņvada materiālu tika izvēlēts komerciāli pieejamais fotorezists OrmoCore, kam raksturīgi zudumi 0.2 dB/cm pie 1310 nm viļņa garuma — mazāki nekā citiem līdzīgas klases fotorezistiem.
Otrkārt, analīze parādīja, ka optimālās viļņvada dimensijas projektētajai ierīcei ir 40 × 40 µm. Ierīce tiek veidota uz elektrods–izolators–pusvadītājs–izolators–elektrods arhitektūras principa. Par izolējošo materiālu tika izvēlēts Al₂O₃, pateicoties tā izcilajām dielektriskajām īpašībām un plašajam pielietojumam optoelektronikas jomā. Analīzes rezultāti norādīja, ka izolējošā slāņa biezums jāizvēlas pēc iespējas mazāks, lai samazinātu tā ietekmi uz LMR signālu. Šādas plānas kārtiņas iespējams iegūt, izmantojot atomslāņa nogulsnēšanas iekārtu, kas pieejama CFI LU, tādējādi apstiprinot materiāla piemērotību. Par elektroda materiālu tika izvēlēts indija alvas oksīds (ITO), jo tas apvieno caurspīdīguma un elektriskās vadītspējas īpašības, novēršot gaismas zudumus, kas rastos, izmantojot metāliskus elektrodus. Par modulējamo materiālu izvēlēts TiO₂, kura spēju radīt LMR parādību apstiprina literatūras dati. Turklāt analīze parādīja, ka šim materiālam piemīt augsta dielektriskā caurlaidība, kas palielina Debaja garumu un līdz ar to uzlabo ārējā elektriskā lauka iedarbības efektivitāti.
Projekta minētajā posmā paralēli ierīces teorētiskajai izstrādei tika veikti arī eksperimentāli pētījumi, kuros tika optimizēti plāno kārtiņu nogulsnēšanas procesi. Visas kārtiņas tika sekmīgi iegūtas, izmantojot atomslāņa nogulsnēšanu un magnetrona putināšanu, kā arī tām tika noteiktas optiskās īpašības, lai šos datus varētu izmantot turpmākajās ierīces simulācijās.