Plonasluoksnė ličio tantalato (LTOI) medžiaga tampa reikšminga nauja jėga integruotos optikos srityje. Šiais metais buvo paskelbta keletas aukšto lygio darbų apie LTOI moduliatorius, įskaitant aukštos kokybės LTOI plokšteles, kurias pateikė profesorius Xin Ou iš Šanchajaus mikrosistemų ir informacinių technologijų instituto, ir aukštos kokybės bangolaidžio ėsdinimo procesus, kuriuos sukūrė profesoriaus Kippenbergo grupė EPFL, Šveicarijoje. Jų bendros pastangos parodė įspūdingus rezultatus. Be to, Džedziango universiteto, vadovaujamos profesoriaus Liu Liu, ir Harvardo universiteto, vadovaujamo profesoriaus Loncar, tyrimų komandos taip pat paskelbė ataskaitas apie didelės spartos ir didelio stabilumo LTOI moduliatorius.
Būdamas artimas plonasluoksnio ličio niobato (LNOI) giminaitis, LTOI išlaiko ličio niobato didelės spartos moduliaciją ir mažų nuostolių charakteristikas, kartu siūlydamas tokius privalumus kaip maža kaina, mažas dvigubas lūžis ir sumažėjęs fotorefrakcijos poveikis. Toliau pateikiamas pagrindinių dviejų medžiagų savybių palyginimas.
◆ Ličio tantalato (LTOI) ir ličio niobato (LNOI) panašumai
①Lūžio rodiklis:2.12 ir 2.21
Tai reiškia, kad abiejų medžiagų vienmodžių bangolaidžių matmenys, lenkimo spindulys ir įprasti pasyviųjų įtaisų dydžiai yra labai panašūs, o jų pluošto sujungimo charakteristikos taip pat yra palyginamos. Esant geram bangolaidžio ėsdinimui, abi medžiagos gali pasiekti įterpties nuostolius,<0,1 dB/cm. EPFL nurodo 5,6 dB/m bangolaidžio nuostolius.
②Elektrooptinis koeficientas:30,5 val./V, palyginti su 30,9 val./V
Abiejų medžiagų moduliacijos efektyvumas yra panašus, moduliacija pagrįsta Pokelso efektu, kuris leidžia pasiekti didelį pralaidumą. Šiuo metu LTOI moduliatoriai gali pasiekti 400 G vienai juostai našumą, o pralaidumas viršija 110 GHz.
③Juostos tarpas:3,93 eV, palyginti su 3,78 eV
Abi medžiagos turi platų skaidrų langą, todėl jas galima naudoti nuo matomų iki infraraudonųjų spindulių bangų ilgių, be jokios absorbcijos ryšio juostose.
④Antros eilės netiesinis koeficientas (d33):21 val./V vs. 27 val./V
Jei naudojama netiesinėms reikmėms, tokioms kaip antrosios harmonikos generavimas (SHG), skirtuminio dažnio generavimas (DFG) arba suminio dažnio generavimas (SFG), abiejų medžiagų konversijos efektyvumas turėtų būti gana panašus.
◆ LTOI ir LNOI sąnaudų pranašumas
①Mažesnės vaflių paruošimo išlaidos
LNOI sluoksnių atskyrimui reikalinga He jonų implantacija, kurios jonizacijos efektyvumas yra mažas. Priešingai, LTOI sluoksnių atskyrimui naudoja H jonų implantaciją, panašiai kaip SOI, o delaminacijos efektyvumas yra daugiau nei 10 kartų didesnis nei LNOI. Dėl to 6 colių plokštelių kainų skirtumas yra didelis: 300 USD, palyginti su 2000 USD, t. y. 85 % mažesnė kaina.
②Jis jau plačiai naudojamas plataus vartojimo elektronikos rinkoje akustiniams filtrams.(750 000 vienetų per metus, kuriuos naudoja „Samsung“, „Apple“, „Sony“ ir kt.).
◆ LTOI ir LNOI našumo pranašumai
①Mažiau medžiagų defektų, silpnesnis fotorefrakcijos efektas, didesnis stabilumas
Iš pradžių LNOI moduliatoriai dažnai pasižymėjo poslinkio taško dreifu, daugiausia dėl krūvio kaupimosi, kurį sukėlė bangolaidžio sąsajos defektai. Jei šie įtaisai nebuvo gydomi, jų stabilizavimasis galėjo užtrukti iki paros. Tačiau šiai problemai spręsti buvo sukurti įvairūs metodai, pavyzdžiui, metalo oksido apvalkalo naudojimas, substrato poliarizacija ir atkaitinimas, todėl dabar ši problema yra iš esmės išsprendžiama.
Priešingai, LTOI turi mažiau medžiagos defektų, todėl dreifo reiškiniai gerokai sumažėja. Net ir be papildomo apdorojimo, jo veikimo taškas išlieka gana stabilus. Panašius rezultatus pateikė EPFL, Harvardo ir Džedziango universitetai. Tačiau palyginime dažnai naudojami neapdoroti LNOI moduliatoriai, kas gali būti ne visai teisinga; po apdorojimo abiejų medžiagų veikimas greičiausiai yra panašus. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad LTOI reikia mažiau papildomų apdorojimo etapų.
②Mažesnis dvigubas lūžis: 0,004 ir 0,07
Didelis ličio niobato (LNOI) dvigubas lūžis kartais gali būti sudėtingas, ypač todėl, kad bangolaidžio lenkimai gali sukelti modų susiejimą ir hibridizaciją. Ploname LNOI bangolaidžio lenkimas gali iš dalies paversti TE šviesą TM šviesa, o tai apsunkina tam tikrų pasyviųjų įtaisų, pvz., filtrų, gamybą.
Naudojant LTOI, mažesnis dvigubas lūžis pašalina šią problemą, todėl gali būti lengviau kurti didelio našumo pasyvius įtaisus. EPFL taip pat pranešė apie pastebimus rezultatus, pasinaudodama mažu LTOI dvigubu lūžiu ir modų kryžminimo nebuvimu, kad būtų pasiektas itin plataus spektro elektrooptinių dažnių šukų generavimas su plokščia dispersijos kontrole plačiame spektro diapazone. Tai lėmė įspūdingą 450 nm šukų pralaidumą su daugiau nei 2000 šukų linijų, kelis kartus didesnį nei galima pasiekti naudojant ličio niobatą. Palyginti su Kerro optinėmis dažnių šukomis, elektrooptinės šukos turi pranašumą, nes yra be slenksčių ir stabilesnės, nors joms reikalingas didelės galios mikrobangų įvestis.
③Didesnė optinio pažeidimo riba
LTOI optinio pažeidimo slenkstis yra dvigubai didesnis nei LNOI, todėl jis suteikia pranašumą netiesinėse srityse (ir potencialiai būsimose koherentinės tobulos sugerties (CPO) srityse). Dabartiniai optinių modulių galios lygiai greičiausiai nepažeis ličio niobato.
④Žemas Ramano efektas
Tai taip pat taikoma netiesiniams taikymams. Ličio niobatas pasižymi stipriu Ramano efektu, kuris Kerro optinių dažnių šukų taikymuose gali sukelti nepageidaujamą Ramano šviesos generavimą ir padidinti konkurenciją, neleisdamas X-cut ličio niobato optinėms dažnių šukoms pasiekti solitono būsenos. Naudojant LTOI, Ramano efektą galima slopinti kristalų orientacijos dizainu, leidžiančiu X-cut LTOI pasiekti solitoninių optinių dažnių šukų generavimą. Tai leidžia monolitiškai integruoti solitonines optines dažnių šukas su didelės spartos moduliatoriais, ko neįmanoma pasiekti naudojant LNOI.
◆ Kodėl anksčiau nebuvo paminėtas plonasluoksnis ličio tantalatas (LTOI)?
Ličio tantalato Kiurio temperatūra yra žemesnė nei ličio niobato (610 °C, palyginti su 1157 °C). Prieš heterointegracijos technologijos (XOI) atsiradimą, ličio niobato moduliatoriai buvo gaminami naudojant titano difuziją, kuriai reikalingas atkaitinimas aukštesnėje nei 1000 °C temperatūroje, todėl LTOI netinka. Tačiau šiandien, kai moduliatorių formavimui vis dažniau naudojami izoliaciniai substratai ir bangolaidžių ėsdinimas, 610 °C Kiurio temperatūros daugiau nei pakanka.
◆ Ar plonasluoksnis ličio tantalatas (LTOI) pakeis plonasluoksnį ličio niobatą (TFLN)?
Remiantis dabartiniais tyrimais, LTOI siūlo pranašumus pasyvaus našumo, stabilumo ir didelio masto gamybos sąnaudų srityse, be jokių akivaizdžių trūkumų. Tačiau LTOI nepralenkia ličio niobato moduliacijos našumo požiūriu, o LNOI stabilumo problemoms spręsti yra žinomi sprendimai. Ryšių DR moduliams pasyviųjų komponentų poreikis yra minimalus (ir prireikus galima naudoti silicio nitridą). Be to, reikia naujų investicijų, kad būtų atkurti plokštelių lygmens ėsdinimo procesai, heterointegracijos metodai ir patikimumo bandymai (sunkumas ėsdinant ličio niobatą buvo ne bangolaidis, o didelio našumo plokštelių lygmens ėsdinimas). Todėl, norint konkuruoti su nusistovėjusia ličio niobato pozicija, LTOI gali tekti atrasti daugiau privalumų. Tačiau akademiniu požiūriu LTOI siūlo didelį tyrimų potencialą integruotoms lustų sistemoms, tokioms kaip oktavų apimančios elektrooptinės šukos, PPLT, solitoniniai ir AWG bangos ilgio dalijimo įtaisai bei matricų moduliatoriai.
Įrašo laikas: 2024 m. lapkričio 8 d.