Materi lithium tantalate film tipis (LTOI) muncul minangka pasukan anyar sing signifikan ing bidang optik terpadu. Taun iki, sawetara karya tingkat dhuwur ing modulator LTOI wis diterbitake, kanthi wafer LTOI berkualitas tinggi sing diwenehake dening Profesor Xin Ou saka Institut Mikrosistem lan Teknologi Informasi Shanghai, lan proses etsa pandu gelombang berkualitas tinggi sing dikembangake dening grup Profesor Kippenberg ing EPFL. , Swiss. Upaya kolaborasi kasebut nuduhake asil sing apik banget. Kajaba iku, tim riset saka Universitas Zhejiang sing dipimpin dening Profesor Liu Liu lan Universitas Harvard sing dipimpin dening Profesor Loncar uga nglaporake babagan modulator LTOI kanthi kecepatan dhuwur lan stabilitas.
Minangka relatif cedhak karo film tipis lithium niobate (LNOI), LTOI nahan modulasi kacepetan dhuwur lan karakteristik mundhut rendah saka lithium niobate nalika uga menehi kaluwihan kayata biaya murah, birefringence murah, lan efek fotorefraktif sing suda. Perbandingan karakteristik utama rong bahan kasebut ditampilake ing ngisor iki.
◆ Persamaan antara Lithium Tantalate (LTOI) lan Lithium Niobate (LNOI)
①Indeks bias:2.12 vs 2.21
Iki nuduhake manawa ukuran pandhu arah gelombang siji-mode, radius mlengkung, lan ukuran piranti pasif umum adhedhasar bahan loro kasebut meh padha, lan kinerja kopling serat uga bisa dibandhingake. Kanthi etching waveguide apik, loro bahan bisa entuk mundhut selipan saka<0,1 dB/cm. EPFL nglaporake mundhut pandu gelombang 5,6 dB/m.
②Koefisien elektro-optik:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
Efisiensi modulasi bisa dibandhingake karo bahan kasebut, kanthi modulasi adhedhasar efek Pockels, ngidini bandwidth dhuwur. Saiki, modulator LTOI bisa nggayuh kinerja 400G saben jalur, kanthi bandwidth ngluwihi 110 GHz.
③Bandgap:3,93 eV vs 3,78 eV
Kaloro bahan kasebut duwe jendela transparan sing amba, ndhukung aplikasi saka dawane gelombang inframerah sing katon, tanpa panyerepan ing pita komunikasi.
④Koefisien Nonlinier Orde Kedua (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
Yen digunakake kanggo aplikasi nonlinier kayata generasi harmonik kapindho (SHG), generasi frekuensi-prabédan (DFG), utawa generasi jumlah-frekuensi (SFG), efisiensi konversi saka rong bahan kasebut kudu meh padha.
◆ Kauntungan Biaya LTOI vs LNOI
①Biaya Persiapan Wafer Ngisor
LNOI mbutuhake implantasi ion He kanggo pamisahan lapisan, sing nduweni efisiensi ionisasi sing kurang. Beda, LTOI nggunakake implantasi ion H kanggo pamisahan, padha karo SOI, kanthi efisiensi delaminasi luwih saka 10 kaping luwih dhuwur tinimbang LNOI. Iki nyebabake prabédan rega sing signifikan kanggo wafer 6 inci: $ 300 vs $ 2000, nyuda biaya 85%.
②Wis akeh digunakake ing pasar elektronik konsumen kanggo saringan akustik(750.000 unit saben taun, digunakake dening Samsung, Apple, Sony, etc.).
◆ Kaluwihan Kinerja LTOI vs LNOI
①Kurang Cacat Material, Efek Photorefractive Luwih Lemah, Luwih Stabilitas
Kaping pisanan, modulator LNOI asring nampilake drift titik bias, utamane amarga akumulasi daya sing disebabake cacat ing antarmuka pandu gelombang. Yen ora diobati, piranti kasebut bisa nganti sedina nganti stabil. Nanging, macem-macem cara dikembangake kanggo ngatasi masalah iki, kayata nggunakake cladding oksida logam, polarisasi substrat, lan anil, nggawe masalah iki bisa ditangani saiki.
Ing kontras, LTOI duwe cacat materi sing luwih sithik, sing nyebabake fenomena drift sing signifikan. Sanajan tanpa pangolahan tambahan, titik operasi tetep stabil. Asil sing padha wis dilaporake dening EPFL, Harvard, lan Universitas Zhejiang. Nanging, perbandingan kasebut asring nggunakake modulator LNOI sing ora diobati, sing bisa uga ora adil; karo Processing, kinerja loro bahan kamungkinan padha. Bentenane utamane yaiku ing LTOI sing mbutuhake langkah pangolahan tambahan sing luwih sithik.
②Birefringence ngisor: 0,004 vs 0,07
Ing birefringence dhuwur saka lithium niobate (LNOI) bisa nantang ing kaping, utamané minangka waveguide tikungan bisa nimbulaké kopling mode lan hibridisasi mode. Ing LNOI lancip, bend ing waveguide sebagian bisa ngowahi TE cahya menyang cahya TM, complicating fabrikasi piranti pasif tartamtu, kaya saringan.
Kanthi LTOI, birefringence sing luwih murah ngilangi masalah iki, bisa uga luwih gampang ngembangake piranti pasif kanthi kinerja dhuwur. EPFL uga wis nglaporake asil sing kacathet, nggunakake birefringence kurang LTOI lan ora ana mode-nyebrang kanggo entuk generasi sisir frekuensi elektro-optik ultra-sudhut kanthi kontrol dispersi rata ing sawetara spektral sing amba. Iki ngasilake bandwidth sisir 450 nm sing nyengsemake kanthi luwih saka 2000 garis sisir, kaping pirang-pirang luwih gedhe tinimbang sing bisa digayuh karo lithium niobate. Dibandhingake karo sisir frekuensi optik Kerr, sisir elektro-optik menehi kaluwihan dadi bebas ambang lan luwih stabil, sanajan mbutuhake input gelombang mikro kanthi daya dhuwur.
③Ambang Karusakan Optik sing luwih dhuwur
Ambang karusakan optik saka LTOI kaping pindho saka LNOI, menehi kaluwihan ing aplikasi nonlinear (lan potensial aplikasi Coherent Perfect Absorption (CPO) ing mangsa ngarep). Tingkat daya modul optik saiki ora bisa ngrusak lithium niobate.
④Efek Raman Kurang
Iki uga ana gandhengane karo aplikasi nonlinear. Lithium niobate nduweni efek Raman sing kuat, sing ing aplikasi sisir frekuensi optik Kerr bisa nyebabake generasi cahya Raman sing ora dikarepake lan entuk kompetisi, nyegah sisir frekuensi optik lithium niobate x-cut tekan negara soliton. Kanthi LTOI, efek Raman bisa ditindhes liwat desain orientasi kristal, ngidini LTOI x-cut kanggo entuk generasi sisir frekuensi optik soliton. Iki mbisakake integrasi monolitik saka sisir frekuensi optik soliton kanthi modulator kacepetan dhuwur, prestasi sing ora bisa ditindakake karo LNOI.
◆ Napa Film Tipis Lithium Tantalate (LTOI) Ora Disebut Sadurunge?
Lithium tantalate nduweni suhu Curie sing luwih murah tinimbang lithium niobate (610 ° C vs. 1157 ° C). Sadurunge pangembangan teknologi heterointegrasi (XOI), modulator lithium niobate diprodhuksi nggunakake difusi titanium, sing mbutuhake anil ing luwih saka 1000 ° C, nggawe LTOI ora cocog. Nanging, kanthi owah-owahan saiki kanggo nggunakake substrat insulator lan etsa pandu gelombang kanggo pambentukan modulator, suhu Curie 610 ° C luwih saka cukup.
◆ Apa Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) bakal ngganti Thin-Film Lithium Niobate (TFLN)?
Adhedhasar riset saiki, LTOI nawakake kaluwihan ing kinerja pasif, stabilitas, lan biaya produksi skala gedhe, tanpa kekurangan sing jelas. Nanging, LTOI ora ngluwihi lithium niobate ing kinerja modulasi, lan masalah stabilitas karo LNOI wis dikenal solusi. Kanggo modul DR komunikasi, ana panjaluk minimal kanggo komponen pasif (lan silikon nitrida bisa digunakake yen perlu). Kajaba iku, investasi anyar dibutuhake kanggo nggawe maneh proses etsa tingkat wafer, teknik heterointegrasi, lan uji linuwih (kesulitan karo etsa lithium niobate dudu pandu gelombang nanging entuk etsa tingkat wafer sing ngasilake dhuwur). Mula, kanggo saingan karo posisi litium niobate sing wis ditemtokake, LTOI bisa uga kudu nemokake kaluwihan liyane. Nanging, sacara akademis, LTOI nawakake potensial riset sing signifikan kanggo sistem on-chip terintegrasi, kayata sisir elektro-optik oktaf, piranti divisi dawa gelombang AWG, soliton lan AWG, lan modulator array.
Wektu kirim: Nov-08-2024