Thin-film lithium tantalate (LTOI) materiaal komt op as in wichtige nije krêft yn it yntegreare optykfjild. Dit jier binne ferskate wurken op heech nivo oer LTOI-modulators publisearre, mei heechweardige LTOI-wafers fersoarge troch professor Xin Ou fan it Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, en heechweardige etsprosessen foar waveguide ûntwikkele troch de groep fan professor Kippenberg by EPFL , Switserlân. Harren gearwurkjende ynspanningen hawwe yndrukwekkende resultaten toand. Derneist hawwe ûndersyksteams fan 'e Zhejiang University ûnder lieding fan professor Liu Liu en Harvard University ûnder lieding fan professor Loncar ek rapporteare oer hege snelheid, hege stabiliteit LTOI-modulators.
As nauwe sibben fan tinne-film lithium niobate (LNOI), LTOI behâldt de hege-snelheid modulaasje en lege-ferlies skaaimerken fan lithium niobate wylst ek biedt foardielen lykas lege kosten, lege dûbele breking, en redusearre photorefractive effekten. In ferliking fan de wichtichste skaaimerken fan de twa materialen wurdt presintearre hjirûnder.
◆ Oerienkomsten tusken Lithium Tantalate (LTOI) en Lithium Niobate (LNOI)
①Breking yndeks:2.12 tsjin 2.21
Dit ymplisearret dat de single-mode waveguide ôfmjittings, bûge radius, en mienskiplike passive apparaat maten basearre op beide materialen binne hiel ferlykber, en harren fiber coupling prestaasjes binne ek te fergelykjen. Mei goede waveguide etsen, beide materialen kinne berikke in ynfoegje ferlies fan<0,1 dB/cm. EPFL rapportearret in waveguide ferlies fan 5.6 dB / m.
②Elektro-optyske koëffisjint:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
De modulaasje-effisjinsje is te fergelykjen foar beide materialen, mei modulaasje basearre op it Pockels-effekt, wêrtroch hege bânbreedte mooglik is. Op it stuit binne LTOI-modulators yn steat om 400G per baanprestaasjes te berikken, mei in bânbreedte fan mear as 110 GHz.
③Bandgap:3.93 eV tsjin 3.78 eV
Beide materialen hawwe in breed transparant finster, stipet applikaasjes fan sichtbere oant ynfraread golflingten, sûnder absorption yn 'e kommunikaasjebanden.
④Second-Order Nonlinear Coefficient (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
As brûkt foar net-lineêre tapassingen lykas twadde harmonic generaasje (SHG), ferskil-frekwinsje generaasje (DFG), of som-frekwinsje generaasje (SFG), de konverzje effisjinsjes fan de twa materialen moatte wêze frij ferlykbere.
◆ Kosten foardiel fan LTOI vs LNOI
①Legere Wafer Tarieding Kosten
LNOI fereasket He ion implantation foar laach skieding, dat hat lege ionization effisjinsje. Yn tsjinstelling, LTOI brûkt H ion implantation foar skieding, fergelykber mei SOI, mei in delamination effisjinsje mear as 10 kear heger as LNOI. Dit resultearret yn in signifikante priis ferskil foar 6-inch wafers: $ 300 vs $ 2000, in 85% kostenreduksje.
②It wurdt al in soad brûkt yn 'e merk foar konsuminteelektronika foar akoestyske filters(750.000 ienheden jierliks, brûkt troch Samsung, Apple, Sony, ensfh.).
◆ Performance Foardielen fan LTOI vs LNOI
①Minder materiaal defekten, swakker fotorefractive effekt, mear stabiliteit
Yn earste ynstânsje eksposearren LNOI-modulators faak biaspuntdrift, primêr troch ladingakkumulaasje feroarsake troch defekten by de waveguide-ynterface. As net behannele, kinne dizze apparaten oant in dei duorje om te stabilisearjen. Ferskate metoaden waarden lykwols ûntwikkele om dit probleem oan te pakken, lykas it brûken fan metalen oksidebeklaaiïng, substraatpolarisaasje, en annealing, wêrtroch dit probleem no foar in grut part te behearjen is.
Yn tsjinstelling, LTOI hat minder materiaal mankeminten, dy't liedt ta signifikant fermindere drift ferskynsels. Sels sûnder ekstra ferwurking bliuwt har wurkpunt relatyf stabyl. Fergelykbere resultaten binne rapportearre troch EPFL, Harvard, en Zhejiang University. De fergeliking brûkt lykwols faak unbehannele LNOI-modulators, dy't miskien net hielendal earlik wêze; mei ferwurking, de prestaasjes fan beide materialen is wierskynlik ferlykber. It wichtichste ferskil leit yn LTOI dat minder ekstra ferwurkingsstappen fereasket.
②Legere dûbele breking: 0,004 vs 0,07
De hege dûbele breking fan lithium niobate (LNOI) kin soms útdaagjend wêze, benammen om't waveguidebochten moduskeppeling en modushybridisaasje kinne feroarsaakje. Yn tinne LNOI kin in bocht yn 'e waveguide TE-ljocht foar in part omsette yn TM-ljocht, wat de fabrikaazje fan bepaalde passive apparaten, lykas filters, komplisearret.
Mei LTOI elimineert de legere dûbele breking dit probleem, wêrtroch it mooglik makliker wurdt om passive apparaten mei hege prestaasjes te ûntwikkeljen. EPFL hat ek opmerklike resultaten rapportearre, troch de lege dûbele breking fan LTOI en it ûntbrekken fan modus-oergong te benutten om ultra-breedspektrum elektro-optyske frekwinsjekamgeneraasje te berikken mei platte dispersjonskontrôle oer in breed spektrale berik. Dit resultearre yn in yndrukwekkende 450 nm kambânbreedte mei mear as 2000 kamlinen, ferskate kearen grutter dan wat kin wurde berikt mei lithium niobate. Yn ferliking mei Kerr optyske frekwinsje kammen biede elektro-optyske kammen it foardiel dat se drompelfrij en stabiler binne, hoewol se in hege krêftige mikrogolfynput nedich binne.
③Hegere optyske skea drompel
De optyske skea drompel fan LTOI is twa kear dat fan LNOI, en biedt in foardiel yn net-lineêre applikaasjes (en mooglik takomstige Coherent Perfect Absorption (CPO) applikaasjes). Aktuele machtnivo's fan optyske modulen binne net wierskynlik om lithiumniobat te beskeadigjen.
④Low Raman Effekt
Dit jildt ek foar net-lineêre applikaasjes. Lithium niobate hat in sterke Raman effekt, dat yn Kerr optyske frekwinsje kam applikaasjes kin liede ta net winske Raman ljocht generaasje en winst konkurrinsje, foarkomt x-cut lithium niobate optyske frekwinsje kammen út it berikken fan de soliton steat. Mei LTOI kin it Raman-effekt ûnderdrukt wurde fia kristaloriïntaasjeûntwerp, wêrtroch x-cut LTOI kin generearje optyske frekwinsjekam fan soliton. Dit makket de monolityske yntegraasje mooglik fan soliton optyske frekwinsje kammen mei hege snelheid modulators, in prestaasje dy't net te berikken is mei LNOI.
◆ Wêrom waard Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) net earder neamd?
Lithiumtantalaat hat in legere Curie-temperatuer as lithiumniobat (610 °C tsjin 1157 °C). Foar de ûntwikkeling fan heterointegration technology (XOI) waarden lithium niobate modulators produsearre mei help fan titanium diffusion, dat fereasket annealing op mear as 1000 ° C, wêrtroch LTOI net geskikt. Lykwols, mei de hjoeddeiske ferskowing nei it brûken fan isolator substraten en waveguide etsen foar modulator formaasje, in 610 ° C Curie temperatuer is mear as genôch.
◆ Sil Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) Thin-Film Lithium Niobate (TFLN) ferfange?
Op grûn fan aktueel ûndersyk biedt LTOI foardielen yn passive prestaasjes, stabiliteit en grutskalige produksjekosten, sûnder skynbere neidielen. Lykwols, LTOI net boppe lithium niobate yn modulation prestaasjes, en stabiliteit problemen mei LNOI hawwe bekende oplossings. Foar kommunikaasje DR-modules is d'r minimale fraach nei passive komponinten (en silisiumnitride kin brûkt wurde as it nedich is). Dêrnjonken binne nije ynvestearrings nedich om etsprosessen op wafelnivo, heterointegraasjetechniken en betrouberheidstesten opnij te fêstigjen (de muoite mei it etsen fan lithiumniobat wie net de welleguide, mar it realisearjen fan etsen op wafelnivo mei hege opbringst). Dêrom, om te konkurrearjen mei de fêststelde posysje fan lithium niobate, moat LTOI mooglik fierdere foardielen ûntdekke. Akademysk biedt LTOI lykwols signifikant ûndersykspotinsjeel foar yntegreare on-chip-systemen, lykas oktaafspanningende elektro-optyske kammen, PPLT, soliton- en AWG-wavelength division-apparaten, en array-modulators.
Post tiid: Nov-08-2024