Plonasluoksnė ličio tantalato (LTOI) medžiaga tampa svarbia nauja jėga integruotos optikos srityje. Šiais metais buvo paskelbti keli aukšto lygio darbai apie LTOI moduliatorius su aukštos kokybės LTOI plokštelėmis, kurias pateikė Šanchajaus Mikrosistemų ir informacinių technologijų instituto profesorius Xin Ou, ir aukštos kokybės bangolaidžio ofortavimo procesai, kuriuos sukūrė profesoriaus Kippenbergo grupė EPFL. , Šveicarija. Jų bendradarbiavimo pastangos parodė įspūdingus rezultatus. Be to, mokslininkų grupės iš Džedziango universiteto, vadovaujamos profesoriaus Liu Liu ir Harvardo universiteto, vadovaujamos profesoriaus Loncar, taip pat pranešė apie didelės spartos, didelio stabilumo LTOI moduliatorius.
Kaip artimas plonasluoksnio ličio niobato (LNOI) giminaitis, LTOI išlaiko didelės spartos moduliavimo ir mažų nuostolių ličio niobato charakteristikas, taip pat siūlo tokius pranašumus kaip maža kaina, mažas dvigubas lūžis ir sumažintas fotorefrakcinis poveikis. Žemiau pateikiamas dviejų medžiagų pagrindinių charakteristikų palyginimas.
◆ Ličio tantalato (LTOI) ir ličio niobato (LNOI) panašumai
①Lūžio rodiklis:2,12 prieš 2,21
Tai reiškia, kad vieno režimo bangolaidžio matmenys, lenkimo spindulys ir bendri pasyvaus įrenginio dydžiai, pagrįsti abiem medžiagomis, yra labai panašūs, o jų pluošto sujungimo našumas taip pat yra palyginamas. Naudojant gerą bangolaidžio ėsdinimą, abi medžiagos gali sumažinti įterpimo nuostolius<0,1 dB/cm. EPFL praneša, kad bangolaidžio nuostoliai yra 5,6 dB/m.
②Elektrooptinis koeficientas:30,5 pm / V ir 30,9 pm / V
Abiejų medžiagų moduliavimo efektyvumas yra panašus, o moduliavimas pagrįstas Pockels efektu, leidžiančiu dideliu pralaidumu. Šiuo metu LTOI moduliatoriai gali pasiekti 400 G vienoje juostoje, o dažnių juostos plotis viršija 110 GHz.
③Bandgap:3,93 eV prieš 3,78 eV
Abi medžiagos turi platų skaidrų langą, palaikantį taikymą nuo matomų iki infraraudonųjų bangų ilgių, nesugeriant ryšio juostose.
④Antros eilės netiesinis koeficientas (d33):21 val./V prieš 27 val./V
Jei naudojamas netiesinėms reikmėms, tokioms kaip antroji harmonikų karta (SHG), skirtumo dažnių generavimas (DFG) arba suminio dažnio generavimas (SFG), abiejų medžiagų konversijos efektyvumas turėtų būti gana panašus.
◆ LTOI ir LNOI išlaidų pranašumas
①Mažesnė vaflių paruošimo kaina
LNOI reikalauja He jonų implantacijos sluoksnių atskyrimui, kuris turi mažą jonizacijos efektyvumą. Priešingai, LTOI atskyrimui naudoja H jonų implantavimą, panašų į SOI, o delaminacijos efektyvumas yra daugiau nei 10 kartų didesnis nei LNOI. Dėl to 6 colių plokštelių kainos skiriasi: 300 USD, palyginti su 2 000 USD, kaina sumažinama 85 %.
②Jis jau plačiai naudojamas buitinės elektronikos rinkoje akustiniams filtrams(750 000 vienetų per metus, naudoja Samsung, Apple, Sony ir kt.).
◆ LTOI ir LNOI našumo pranašumai
①Mažiau medžiagų defektų, silpnesnis fotorefrakcijos efektas, didesnis stabilumas
Iš pradžių LNOI moduliatoriai dažnai rodė poslinkio taško poslinkį, pirmiausia dėl krūvio kaupimosi dėl bangolaidžio sąsajos defektų. Negydomi šie prietaisai gali užtrukti iki dienos, kol jie stabilizuosis. Tačiau šiai problemai spręsti buvo sukurti įvairūs metodai, pvz., naudojant metalo oksido dangą, pagrindo poliarizaciją ir atkaitinimą, todėl šią problemą dabar galima iš esmės valdyti.
Priešingai, LTOI turi mažiau medžiagų defektų, todėl žymiai sumažėja dreifo reiškiniai. Net ir be papildomo apdorojimo jo veikimo taškas išlieka gana stabilus. Panašius rezultatus pranešė EPFL, Harvardas ir Džedziango universitetas. Tačiau palyginimui dažnai naudojami neapdoroti LNOI moduliatoriai, o tai gali būti ne visai teisinga; apdorojant abiejų medžiagų veikimas greičiausiai yra panašus. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad LTOI reikia mažiau papildomų apdorojimo veiksmų.
②Žemesnis dvigubas lūžis: 0,004 prieš 0,07
Didelis ličio niobato (LNOI) dvigubas lūžis kartais gali būti sudėtingas, ypač todėl, kad bangolaidžio posūkiai gali sukelti režimo sujungimą ir režimo hibridizaciją. Plonoje LNOI bangolaidžio lenkimas gali iš dalies paversti TE šviesą TM šviesa, apsunkindamas tam tikrų pasyvių prietaisų, pvz., filtrų, gamybą.
Naudojant LTOI, mažesnis dvigubas lūžis pašalina šią problemą, todėl gali būti lengviau kurti didelio našumo pasyviuosius įrenginius. EPFL taip pat pranešė apie pastebimus rezultatus, išnaudodama žemą LTOI dvigubą lūžio koeficientą ir režimų kirtimo nebuvimą, kad būtų sukurtos itin plataus spektro elektrooptinio dažnio šukų generavimas su plokščiu sklaidos valdymu plačiame spektro diapazone. Dėl to buvo sukurtas įspūdingas 450 nm šukų dažnių juostos plotis su daugiau nei 2000 šukų linijų, kelis kartus didesnis nei galima pasiekti naudojant ličio niobatą. Palyginti su Kerr optinio dažnio šukomis, elektrooptinės šukos yra be slenksčio ir yra stabilesnės, nors joms reikia didelės galios mikrobangų įvesties.
③Didesnis optinio pažeidimo slenkstis
LTOI optinio pažeidimo slenkstis yra dvigubai didesnis nei LNOI, o tai suteikia pranašumą netiesinėse programose (ir galbūt būsimose nuoseklios tobulos absorbcijos (CPO) programose). Mažai tikėtina, kad dabartiniai optinio modulio galios lygiai pakenks ličio niobatui.
④Žemas Ramano efektas
Tai taip pat taikoma netiesinėms programoms. Ličio niobatas turi stiprų Ramano efektą, kuris naudojant Kerr optinio dažnio šukas gali sukelti nepageidaujamą Ramano šviesą ir įgyti konkurenciją, neleisdamas x-cut ličio niobato optinio dažnio šukėms pasiekti solitoninę būseną. Naudojant LTOI, Ramano efektas gali būti slopinamas naudojant kristalų orientacijos dizainą, leidžiantį x-cut LTOI sukurti solitoninio optinio dažnio šukas. Tai leidžia monolitiškai integruoti solitonines optinio dažnio šukas su didelės spartos moduliatoriais, o tai neįmanoma pasiekti naudojant LNOI.
◆ Kodėl plonasluoksnis ličio tantalatas (LTOI) nebuvo paminėtas anksčiau?
Ličio tantalato Curie temperatūra yra žemesnė nei ličio niobato (610 °C, palyginti su 1157 °C). Prieš kuriant heterointegracijos technologiją (XOI), ličio niobato moduliatoriai buvo gaminami naudojant titano difuziją, kurią reikia atkaitinti aukštesnėje nei 1000°C temperatūroje, todėl LTOI netinka. Tačiau šiandien pereinant prie izoliacinių substratų ir bangolaidžio ėsdinimo moduliatoriaus formavimui, 610 °C Curie temperatūros yra daugiau nei pakankama.
◆ Ar plonasluoksnis ličio tantalatas (LTOI) pakeis plonasluoksnį ličio niobatą (TFLN)?
Remiantis dabartiniais tyrimais, LTOI siūlo pasyvaus veikimo, stabilumo ir didelio masto gamybos sąnaudų pranašumus, be akivaizdžių trūkumų. Tačiau LTOI moduliavimo našumu nepralenkia ličio niobato, o LNOI stabilumo problemos turi žinomų sprendimų. Ryšio DR moduliams pasyviųjų komponentų paklausa yra minimali (jei reikia, gali būti naudojamas silicio nitridas). Be to, reikalingos naujos investicijos, kad būtų atkurti plokštelių lygmens ėsdinimo procesai, heterointegracijos metodai ir patikimumo bandymai (sudėtinga ličio niobato ėsdinimo problema buvo ne bangolaidis, o didelio našumo plokštelių lygio ėsdinimas). Todėl, norint konkuruoti su nusistovėjusia ličio niobato pozicija, LTOI gali tekti atskleisti daugiau pranašumų. Tačiau akademiniu požiūriu LTOI siūlo didelį mokslinių tyrimų potencialą integruotoms mikroschemų sistemoms, tokioms kaip oktavos ilgio elektrooptinės šukos, PPLT, soliton ir AWG bangos ilgio padalijimo įrenginiai ir matricos moduliatoriai.
Paskelbimo laikas: 2024-11-08