Ipis-pilem litium tantalate (LTOI): The Next Star Bahan pikeun High-Speed ​​Modulators?

Ipis-pilem litium tantalate (LTOI) bahan ieu munculna salaku kakuatan anyar signifikan dina widang élmu optik terpadu. Taun ieu, sababaraha karya tingkat luhur dina modulators LTOI parantos diterbitkeun, kalayan wafer LTOI kualitas luhur anu disayogikeun ku Profesor Xin Ou ti Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, sareng prosés etching waveguide kualitas luhur dikembangkeun ku grup Professor Kippenberg di EPFL. , Swiss. usaha kolaborasi maranéhanana geus showcased hasil impressive. Salaku tambahan, tim panaliti ti Universitas Zhejiang dipingpin ku Profesor Liu Liu sareng Universitas Harvard dipingpin ku Profesor Loncar ogé ngalaporkeun ngeunaan modulator LTOI anu berkecepatan tinggi sareng stabilitas tinggi.

Salaku dulur deukeut film ipis litium niobate (LNOI), LTOI nahan modulasi-speed tinggi jeung ciri low-leungitna litium niobate bari ogé nawarkeun kaunggulan kayaning béaya rendah, birefringence low, sarta ngurangan épék photorefractive. Babandingan karakteristik utama dua bahan ieu dipidangkeun di handap.

微信图片_20241106164015

◆ Kasaruaan antara Lithium Tantalate (LTOI) sareng Lithium Niobate (LNOI)
Indéks réfraktif:2.12 vs 2.21
Ieu ngandung harti yén diménsi waveguide single-mode, radius bending, sarta ukuran alat pasip umum dumasar kana duanana bahan pisan sarupa, sarta kinerja gandeng serat maranéhanana ogé comparable. Kalawan etching waveguide alus, duanana bahan bisa ngahontal leungitna sisipan tina<0,1 dB/cm. EPFL ngalaporkeun leungitna waveguide 5,6 dB / m.

Koéfisién éléktrooptik:30.5 pm / V vs 30.9 pm / V
Efisiensi modulasi tiasa dibandingkeun pikeun duanana bahan, kalayan modulasi dumasar kana pangaruh Pockels, ngamungkinkeun bandwidth anu luhur. Ayeuna, modulator LTOI sanggup ngahontal 400G per kinerja jalur, kalayan rubakpita ngaleuwihan 110 GHz.

微信图片_20241106164942
微信图片_20241106165200

Bandgap:3,93 eV vs 3,78 eV
Kadua bahan gaduh jandela transparan anu lega, ngadukung aplikasi tina panjang gelombang infra red anu katingali, tanpa nyerep dina pita komunikasi.

Koéfisién Nonlinier Orde Kadua (d33):21 pm / V vs 27 pm / V
Upami dianggo pikeun aplikasi nonlinier sapertos generasi harmonik kadua (SHG), generasi frékuénsi bédana (DFG), atanapi generasi frékuénsi sum-frékuénsi (SFG), efisiensi konvérsi tina dua bahan kedah sami.

◆ Kauntungan Biaya LTOI vs LNOI
Turunkeun Biaya Nyiapkeun Wafer
LNOI merlukeun anjeunna implantation ion pikeun separation lapisan, nu boga efisiensi ionisasi low. Sabalikna, LTOI ngagunakeun implantasi ion H pikeun pamisahan, sarupa jeung SOI, kalawan efisiensi delaminasi leuwih 10 kali leuwih luhur ti LNOI. Ieu ngakibatkeun bédana harga anu signifikan pikeun wafers 6 inci: $ 300 vs $ 2000, pangurangan biaya 85%.

微信图片_20241106165545

Éta parantos seueur dianggo di pasar éléktronika konsumen pikeun saringan akustik(750.000 unit taunan, dipaké ku Samsung, Apple, Sony, jsb).

微信图片_20241106165539

◆ Kaunggulan Performance LTOI vs LNOI
Pangsaeutikna Cacad Bahan, Pangaruh Photorefractive Lemah, Langkung Stabilitas
Mimitina, modulator LNOI sering nunjukkeun drift titik bias, utamina kusabab akumulasi muatan disababkeun ku cacad dina antarmuka pandu gelombang. Upami teu dirawat, alat-alat ieu tiasa peryogi sadinten dugi ka stabil. Sanajan kitu, rupa-rupa métode dikembangkeun pikeun ngajawab masalah ieu, kayaning maké cladding oksida logam, polarisasi substrat, sarta annealing, sahingga masalah ieu sakitu legana manageable ayeuna.
Sabalikna, LTOI gaduh langkung sakedik cacad material, nyababkeun fénoména drift anu nyata. Sanaos tanpa pamrosésan tambahan, titik operasina tetep stabil. Hasil anu sami parantos dilaporkeun ku EPFL, Harvard, sareng Universitas Zhejiang. Sanajan kitu, ngabandingkeun mindeng ngagunakeun untreated LNOI modulators, nu bisa jadi teu sagemblengna adil; kalawan ngolah, kinerja duanana bahan kamungkinan sarupa. Beda utama perenahna di LTOI merlukeun leuwih saeutik léngkah processing tambahan.

微信图片_20241106165708

Handap Birefringence: 0,004 vs 0,07
The birefringence tinggi litium niobate (LNOI) bisa jadi nangtang di kali, utamana salaku waveguide bends bisa ngabalukarkeun mode gandeng jeung mode hibridisasi. Dina LNOI ipis, hiji ngalipet dina waveguide sawaréh bisa ngarobah lampu TE kana lampu TM, complicating fabrikasi alat pasip tangtu, kawas saringan.
Kalayan LTOI, birefringence anu handap ngaleungitkeun masalah ieu, berpotensi ngagampangkeun ngembangkeun alat pasip anu berkinerja tinggi. EPFL ogé parantos ngalaporkeun hasil anu kasohor, ngamangpaatkeun birefringence rendah LTOI sareng henteuna mode-nyebrang pikeun ngahontal generasi sisir frekuensi elektro-optik ultra-lebar kalayan kontrol dispersi datar dina rentang spéktral anu lega. Ieu nyababkeun rubakpita sisir 450 nm anu pikaresepeun kalayan langkung ti 2000 garis sisir, sababaraha kali langkung ageung tibatan anu tiasa dihontal ku litium niobate. Dibandingkeun sareng sisir frekuensi optik Kerr, sisir elektro-optik nawiskeun kauntungan pikeun bébas ambang sareng langkung stabil, sanaos peryogi input gelombang mikro-daya tinggi.

微信图片_20241106165804
微信图片_20241106165823

Ambang Karuksakan Optik Luhur
Ambang karusakan optik LTOI dua kali tina LNOI, nawiskeun kaunggulan dina aplikasi nonlinier (sareng poténsial aplikasi Coherent Perfect Absorption (CPO) kahareup). Tingkat kakuatan modul optik ayeuna teu mungkin ngaruksak litium niobate.
Pangaruh Raman Low
Ieu ogé patali jeung aplikasi nonlinier. Litium niobate gaduh pangaruh Raman anu kuat, anu dina aplikasi sisir frekuensi optik Kerr tiasa nyababkeun generasi lampu Raman anu teu dihoyongkeun sareng kéngingkeun kompetisi, nyegah sisir frekuensi optik litium niobate x-cut ngahontal kaayaan soliton. Kalayan LTOI, pangaruh Raman tiasa diteken ngaliwatan desain orientasi kristal, ngamungkinkeun LTOI x-cut pikeun ngahontal generasi sisir frekuensi optik soliton. Hal ieu ngamungkinkeun integrasi monolitik tina sisir frékuénsi optik soliton sareng modulator-speed tinggi, prestasi anu henteu tiasa dicapai sareng LNOI.
◆ Naha Film Ipis Lithium Tantalate (LTOI) Teu Disebutkeun Tadi?
Litium tantalate boga hawa Curie leuwih handap niobate litium (610 ° C vs 1157 ° C). Sateuacan ngembangkeun téknologi heterointegrasi (XOI), modulator litium niobate diproduksi nganggo difusi titanium, anu peryogi annealing langkung ti 1000 ° C, ngajantenkeun LTOI henteu cocog. Tapi, ku peralihan dinten ayeuna nuju ngagunakeun substrat insulator sareng etching waveguide pikeun formasi modulator, suhu Curie 610 ° C langkung ti cekap.
◆ Bakal Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) Ngaganti Thin-Film Lithium Niobate (TFLN)?
Dumasar kana panilitian ayeuna, LTOI nawiskeun kaunggulan dina pagelaran pasip, stabilitas, sareng biaya produksi skala ageung, kalayan henteu aya kalemahan anu jelas. Sanajan kitu, LTOI teu ngaleuwihan litium niobate dina kinerja modulasi, sarta masalah stabilitas jeung LNOI geus dipikawanoh solusi. Pikeun modul DR komunikasi, aya paménta minimal pikeun komponén pasip (sareng silikon nitrida tiasa dianggo upami diperyogikeun). Salaku tambahan, Investasi anyar diperyogikeun pikeun ngadamel deui prosés etsa tingkat wafer, téknik heterointegrasi, sareng uji réliabilitas (kasusah dina etching litium niobate sanés pandu gelombang tapi ngahontal étsa tingkat wafer anu ngahasilkeun luhur). Ku alatan éta, pikeun bersaing jeung litium niobate posisi ngadegkeun, LTOI bisa jadi kudu uncover kaunggulan salajengna. Sacara akademis, kumaha oge, LTOI nawiskeun poténsi panalungtikan anu penting pikeun sistem on-chip terpadu, sapertos sisir elektro-optik oktaf, PPLT, alat divisi panjang gelombang soliton sareng AWG, sareng modulator array.


waktos pos: Nov-08-2024