Tinne-film lithiumtantalaat (LTOI) materiaal komt op as in wichtige nije krêft yn it fjild fan yntegreare optyk. Dit jier binne ferskate wurken op heech nivo oer LTOI-modulatoren publisearre, mei LTOI-wafers fan hege kwaliteit levere troch professor Xin Ou fan it Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, en etsprosessen fan weaglieders fan hege kwaliteit ûntwikkele troch de groep fan professor Kippenberg oan EPFL, Switserlân. Harren mienskiplike ynspanningen hawwe yndrukwekkende resultaten sjen litten. Derneist hawwe ûndersyksteams fan 'e Universiteit fan Zhejiang ûnder lieding fan professor Liu Liu en de Universiteit fan Harvard ûnder lieding fan professor Loncar ek rapportearre oer LTOI-modulatoren mei hege snelheid en hege stabiliteit.
As in nauwe sibbe fan tinne-film lithium niobaat (LNOI), behâldt LTOI de hege-snelheidsmodulaasje en lege-ferlies skaaimerken fan lithium niobaat, wylst it ek foardielen biedt lykas lege kosten, lege dûbele brekking en fermindere fotorefraktive effekten. In ferliking fan 'e wichtichste skaaimerken fan' e twa materialen wurdt hjirûnder presintearre.
◆ Oerienkomsten tusken litiumtantalaat (LTOI) en litiumniobat (LNOI)
①Brekingsyndeks:2.12 tsjin 2.21
Dit betsjut dat de single-mode waveguide-ôfmjittings, bûgingsradius en mienskiplike passive apparaatgruttes basearre op beide materialen tige ferlykber binne, en har glêstriedkoppelingsprestaasjes binne ek fergelykber. Mei goed waveguide-etsen kinne beide materialen in ynfoegingsferlies berikke fan<0,1 dB/cm. EPFL rapportearret in ferlies fan golflieders fan 5,6 dB/m.
②Elektro-optyske koëffisjint:30.5 pm/V tsjin 30.9 pm/V
De modulaasje-effisjinsje is fergelykber foar beide materialen, mei modulaasje basearre op it Pockels-effekt, wat in hege bânbreedte mooglik makket. Op it stuit binne LTOI-modulatoren yn steat om 400G per baanprestaasjes te berikken, mei in bânbreedte fan mear as 110 GHz.
③Bângap:3,93 eV tsjin 3,78 eV
Beide materialen hawwe in breed transparant finster, dat tapassingen stipet fan sichtbere oant ynfrareade golflingten, sûnder absorpsje yn 'e kommunikaasjebannen.
④Twadde-oarder net-lineare koëffisjint (d33):21 oere/F tsjin 27 oere/F
As brûkt foar net-lineaire tapassingen lykas twadde harmonyske generaasje (SHG), ferskilfrekwinsjegeneraasje (DFG), of somfrekwinsjegeneraasje (SFG), moatte de konverzje-effisjinsjes fan 'e twa materialen frij ferlykber wêze.
◆ Kostenfoardiel fan LTOI vs LNOI
①Legere kosten foar it tarieden fan wafers
LNOI fereasket He-ionenymplantaasje foar laachskieding, dy't in lege ionisaasje-effisjinsje hat. Yn tsjinstelling brûkt LTOI H-ionenymplantaasje foar skieding, fergelykber mei SOI, mei in delaminaasje-effisjinsje dy't mear as 10 kear heger is as LNOI. Dit resulteart yn in signifikant priisferskil foar 6-inch wafers: $300 tsjin $2000, in kostenreduksje fan 85%.
②It wurdt al in soad brûkt yn 'e merk foar konsuminte-elektroanika foar akoestyske filters.(750.000 ienheden jierliks, brûkt troch Samsung, Apple, Sony, ensfh.).
◆ Prestaasjefoardielen fan LTOI vs LNOI
①Minder materiaaldefekten, swakker fotorefraktyf effekt, mear stabiliteit
Yn it earstoan lieten LNOI-modulatoren faak biaspuntdrift sjen, benammen troch ladingsophoping feroarsake troch defekten oan 'e golflieder-ynterface. As dizze apparaten net behannele wurde, kinne se oant in dei duorje om te stabilisearjen. Ferskate metoaden waarden lykwols ûntwikkele om dit probleem oan te pakken, lykas it brûken fan metaaloksidebekleding, substraatpolarisaasje en gloeien, wêrtroch dit probleem no foar in grut part behearsber is.
Yn tsjinstelling ta dit hat LTOI minder materiaaldefekten, wat liedt ta signifikant fermindere driftferskynsels. Sels sûnder ekstra ferwurking bliuwt it wurkpunt relatyf stabyl. Ferlykbere resultaten binne rapportearre troch EPFL, Harvard en Zhejiang University. De ferliking brûkt lykwols faak net-behannele LNOI-modulatoren, wat miskien net hielendal earlik is; mei ferwurking binne de prestaasjes fan beide materialen wierskynlik fergelykber. It wichtichste ferskil leit yn LTOI dy't minder ekstra ferwurkingstappen fereasket.
②Legere dûbele brekking: 0.004 vs 0.07
De hege dûbele brekking fan lithium niobaat (LNOI) kin soms in útdaging wêze, foaral om't golfliederbûgingen moduskoppeling en modushybridisaasje feroarsaakje kinne. Yn tinne LNOI kin in bûging yn 'e golflieder TE-ljocht foar in part omsette yn TM-ljocht, wêrtroch't de fabrikaazje fan bepaalde passive apparaten, lykas filters, komplisearre wurdt.
Mei LTOI elimineert de legere dûbele brekking dit probleem, wêrtroch it mooglik makliker wurdt om passive apparaten mei hege prestaasjes te ûntwikkeljen. EPFL hat ek opmerklike resultaten rapportearre, wêrby't gebrûk makke wurdt fan 'e lege dûbele brekking fan LTOI en it ûntbrekken fan modus-oerstekking om ultra-breed-spektrum elektro-optyske frekwinsjekamgeneraasje te berikken mei platte ferspriedingskontrôle oer in breed spektraal berik. Dit resultearre yn in yndrukwekkende kambânbreedte fan 450 nm mei mear as 2000 kamlinen, ferskate kearen grutter as wat berikt wurde kin mei lithium niobaat. Yn ferliking mei Kerr optyske frekwinsjekammen biede elektro-optyske kammen it foardiel dat se drompelfrij en stabiler binne, hoewol se in mikrogolfynfier mei hege krêft fereaskje.
③Hegere optyske skeadrompel
De optyske skeadrompel fan LTOI is twa kear sa heech as dy fan LNOI, wat in foardiel biedt yn net-lineaire tapassingen (en mooglik takomstige Coherent Perfect Absorption (CPO) tapassingen). De hjoeddeiske krêftnivo's fan optyske modules sille wierskynlik gjin lithium niobaat beskeadigje.
④Leech Raman-effekt
Dit jildt ek foar net-lineaire tapassingen. Lithium niobaat hat in sterk Raman-effekt, dat yn tapassingen fan Kerr optyske frekwinsjekam kin liede ta net winske Raman-ljochtgeneraasje en konkurrinsje krije, wêrtroch't x-cut lithium niobaat optyske frekwinsjekammen foarkomt dat de soliton-tastân berikt wurdt. Mei LTOI kin it Raman-effekt ûnderdrukt wurde troch in ûntwerp fan 'e kristaloriïntaasje, wêrtroch't x-cut LTOI soliton optyske frekwinsjekamgeneraasje kin berikke. Dit makket de monolityske yntegraasje fan soliton optyske frekwinsjekammen mei hege-snelheidsmodulatoren mooglik, in prestaasje dy't net te berikken is mei LNOI.
◆ Wêrom waard Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) net earder neamd?
Litiumtantalaat hat in legere Curie-temperatuer as litiumniobat (610 °C tsjin 1157 °C). Foar de ûntwikkeling fan heterointegraasjetechnology (XOI) waarden litiumniobatmodulatoren makke mei titaniumdiffúzje, wat gloeien fereasket by mear as 1000 °C, wêrtroch LTOI net geskikt is. Mei de hjoeddeiske ferskowing nei it brûken fan isolaasjesubstraten en golfliederetsen foar modulatorfoarming, is in Curie-temperatuer fan 610 °C lykwols mear as genôch.
◆ Sil tinne-film litiumtantalaat (LTOI) tinne-film litiumniobat (TFLN) ferfange?
Op basis fan aktueel ûndersyk biedt LTOI foardielen yn passive prestaasjes, stabiliteit en produksjekosten op grutte skaal, sûnder dúdlike neidielen. LTOI oertreft lykwols lithium niobaat net yn modulaasjeprestaasjes, en stabiliteitsproblemen mei LNOI hawwe bekende oplossingen. Foar kommunikaasje-DR-modules is d'r minimale fraach nei passive komponinten (en silisiumnitride kin brûkt wurde as it nedich is). Derneist binne nije ynvestearrings nedich om wafer-nivo-etsprosessen, heterointegraasjetechniken en betrouberens testen opnij yn te stellen (de swierrichheid mei lithium niobaat-etsen wie net de golflieder, mar it berikken fan hege-opbringst wafer-nivo-etsen). Dêrom, om te konkurrearjen mei de fêstige posysje fan lithium niobaat, moat LTOI miskien fierdere foardielen ûntdekke. Akademysk biedt LTOI lykwols in wichtige ûndersykspotinsjeel foar yntegreare on-chip-systemen, lykas oktaaf-omspannende elektro-optyske kammen, PPLT, soliton- en AWG-golflingteferdielingsapparaten, en array-modulatoren.
Pleatsingstiid: 8 novimber 2024