Materi lithium tantalate film tipis (LTOI) muncul minangka kekuatan anyar sing signifikan ing bidang optik terintegrasi. Taun iki, sawetara karya tingkat tinggi babagan 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 klompok Profesor Kippenberg ing EPFL, Swiss. Upaya kolaborasi kasebut wis nuduhake asil sing nyengsemake. Kajaba iku, tim riset saka Universitas Zhejiang sing dipimpin dening Profesor Liu Liu lan Universitas Harvard sing dipimpin dening Profesor Loncar uga wis nglaporake babagan modulator LTOI kecepatan tinggi lan stabilitas tinggi.
Minangka sedulur cedhak saka niobate lithium film tipis (LNOI), LTOI njaga modulasi kecepatan tinggi lan karakteristik kerugian rendah saka niobate lithium nalika uga menehi kaluwihan kayata biaya murah, birefringence rendah, lan efek fotorefraktif sing suda. Perbandingan karakteristik utama saka rong bahan kasebut diwenehake ing ngisor iki.
◆ Persamaan antarane Lithium Tantalate (LTOI) lan Lithium Niobate (LNOI)
①Indeks bias:2.12 lawan 2.21
Iki nuduhake yen dimensi waveguide mode tunggal, radius lentur, lan ukuran piranti pasif umum adhedhasar kaloro bahan kasebut meh padha, lan kinerja kopling serat uga bisa dibandhingake. Kanthi etsa waveguide sing apik, kaloro bahan kasebut bisa entuk kerugian penyisipan<0,1 dB/cm. EPFL nglaporake kerugian pandu gelombang 5,6 dB/m.
②Koefisien Elektro-optik:30.5 pm/V lawan 30.9 pm/V
Efisiensi modulasi bisa dibandhingake kanggo kaloro bahan kasebut, kanthi modulasi adhedhasar efek Pockels, sing ngidini bandwidth sing dhuwur. Saiki, modulator LTOI bisa entuk kinerja 400G saben jalur, kanthi bandwidth ngluwihi 110 GHz.
③Celah pita:3,93 eV lawan 3,78 eV
Kaloro bahan kasebut nduweni jendela transparan sing amba, ndhukung aplikasi saka dawa gelombang sing katon nganti inframerah, tanpa panyerepan ing pita komunikasi.
④Koefisien Nonlinier Orde Kapindho (d33):Jam 21 bengi/V lawan jam 27 bengi/V
Yen digunakake kanggo aplikasi nonlinier kayata generasi harmonik kapindho (SHG), generasi frekuensi-beda (DFG), utawa generasi frekuensi-jumlah (SFG), efisiensi konversi saka rong bahan kasebut kudune meh padha.
◆ Kauntungan Biaya LTOI vs LNOI
①Biaya Persiapan Wafer sing Luwih Murah
LNOI mbutuhake implantasi ion He kanggo pamisahan lapisan, sing nduweni efisiensi ionisasi sing kurang. Kosok baline, LTOI nggunakake implantasi ion H kanggo pamisahan, padha karo SOI, kanthi efisiensi delaminasi luwih saka 10 kali luwih dhuwur tinimbang LNOI. Iki nyebabake bedane rega sing signifikan kanggo wafer 6 inci: $300 vs. $2000, pangurangan biaya 85%.
②Iki wis digunakake sacara wiyar ing pasar elektronik konsumen kanggo filter akustik.(750.000 unit saben taun, digunakake dening Samsung, Apple, Sony, lan liya-liyane).
◆ Kauntungan Kinerja LTOI vs LNOI
①Cacat Materi Luwih Sethik, Efek Fotorefraktif Luwih Lemah, Stabilitas Luwih Akeh
Wiwitane, modulator LNOI asring nuduhake bias point drift, utamane amarga akumulasi muatan sing disebabake dening cacat ing antarmuka waveguide. Yen ora diobati, piranti kasebut bisa mbutuhake wektu nganti sedina kanggo stabil. Nanging, macem-macem cara dikembangake kanggo ngatasi masalah iki, kayata nggunakake cladding oksida logam, polarisasi substrat, lan annealing, sing saiki nggawe masalah iki bisa ditangani.
Kosok baline, LTOI nduweni cacat materi sing luwih sithik, sing nyebabake fenomena drift sing luwih sithik. Sanajan tanpa proses tambahan, titik operasine tetep relatif stabil. Asil sing padha wis dilapurake dening EPFL, Harvard, lan Universitas Zhejiang. Nanging, perbandingan kasebut asring nggunakake modulator LNOI sing ora diobati, sing bisa uga ora adil; kanthi proses, kinerja kaloro materi kasebut kemungkinan padha. Bedane utama yaiku LTOI mbutuhake langkah proses tambahan sing luwih sithik.
②Birefringence sing luwih endhek: 0,004 vs 0,07
Birefringence lithium niobate (LNOI) sing dhuwur kadhangkala bisa dadi tantangan, utamane amarga lengkungan waveguide bisa nyebabake kopling mode lan hibridisasi mode. Ing LNOI sing tipis, lengkungan ing waveguide bisa ngowahi sebagian cahya TE dadi cahya TM, sing ngrumitake fabrikasi piranti pasif tartamtu, kaya filter.
Kanthi LTOI, birefringence sing luwih murah ngilangi masalah iki, sing bisa nggampangake pangembangan piranti pasif kinerja dhuwur. EPFL uga nglaporake asil sing penting, kanthi nggunakake birefringence LTOI sing kurang lan ora ana mode-crossing kanggo entuk generasi sisir frekuensi elektro-optik spektrum ultra-amba kanthi kontrol dispersi datar ing rentang spektrum 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 nganggo lithium niobate. Dibandhingake karo sisir frekuensi optik Kerr, sisir elektro-optik nawakake kauntungan amarga bebas ambang lan luwih stabil, sanajan mbutuhake input gelombang mikro daya dhuwur.
③Ambang Karusakan Optik sing Luwih Dhuwur
Ambang kerusakan optik LTOI kaping pindho tinimbang LNOI, menehi kaunggulan ing aplikasi nonlinier (lan bisa uga aplikasi Coherent Perfect Absorption (CPO) ing mangsa ngarep). Tingkat daya modul optik saiki ora mungkin ngrusak lithium niobate.
④Efek Raman Rendah
Iki uga ana hubungane karo aplikasi nonlinier. Lithium niobate nduweni efek Raman sing kuwat, 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 saka tekan status soliton. Kanthi LTOI, efek Raman bisa dicegah liwat desain orientasi kristal, sing ngidini LTOI x-cut kanggo entuk generasi sisir frekuensi optik soliton. Iki ngaktifake integrasi monolitik sisir frekuensi optik soliton karo modulator kecepatan tinggi, prestasi sing ora bisa digayuh karo LNOI.
◆ Yagene Lithium Tantalate Film Tipis (LTOI) Ora Disebutake Sadurunge?
Litium tantalat nduwèni suhu Curie sing luwih endhek tinimbang litium niobate (610°C vs. 1157°C). Sadurungé ana perkembangan teknologi heterointegrasi (XOI), modulator litium niobate diprodhuksi nggunakaké difusi titanium, sing mbutuhaké annealing ing suhu luwih saka 1000°C, saéngga LTOI ora cocog. Nanging, kanthi owah-owahan saiki menyang panggunaan substrat insulator lan etsa waveguide kanggo pambentukan modulator, suhu Curie 610°C wis luwih saka cukup.
◆ Apa Lithium Tantalate Film Tipis (LTOI) Bakal Ngganti Lithium Niobate Film Tipis (TFLN)?
Adhedhasar riset saiki, LTOI nawakake kaluwihan ing kinerja pasif, stabilitas, lan biaya produksi skala gedhe, tanpa kekurangan sing katon. 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 netepake maneh proses etsa tingkat wafer, teknik heterointegrasi, lan uji reliabilitas (kesulitan karo etsa lithium niobate dudu waveguide nanging entuk etsa tingkat wafer kanthi asil dhuwur). Mulane, kanggo saingan karo posisi lithium niobate sing wis ditetepake, LTOI bisa uga kudu nemokake kaluwihan luwih lanjut. Nanging, sacara akademis, LTOI nawakake potensial riset sing signifikan kanggo sistem on-chip terintegrasi, kayata sisir elektro-optik sing nyakup oktaf, PPLT, piranti divisi dawa gelombang soliton lan AWG, lan modulator array.
Wektu kiriman: 08-Nov-2024