Bahan litium tantalat pilem ipis (LTOI) muncul salaku kakuatan anyar anu signifikan dina widang optik terpadu. Taun ieu, sababaraha karya tingkat luhur ngeunaan modulator LTOI parantos diterbitkeun, kalayan wafer LTOI kualitas luhur anu disayogikeun ku Profesor Xin Ou ti Institut Mikrosistem sareng Téknologi Informasi Shanghai, sareng prosés étsa pandu gelombang kualitas luhur anu dikembangkeun ku grup Profesor Kippenberg di EPFL, Swiss. Usaha kolaborasi aranjeunna parantos nunjukkeun hasil anu nyugemakeun. Salaku tambahan, tim panalungtikan ti Universitas Zhejiang anu dipingpin ku Profesor Liu Liu sareng Universitas Harvard anu dipingpin ku Profesor Loncar ogé parantos ngalaporkeun ngeunaan modulator LTOI anu kecepatan tinggi sareng stabilitas tinggi.
Salaku dulur deukeut ti niobate litium pilem ipis (LNOI), LTOI nahan modulasi kecepatan tinggi sareng karakteristik rugi-rugi rendah ti niobate litium bari ogé nawiskeun kaunggulan sapertos biaya murah, birefringence rendah, sareng épék fotorefraktif anu dikirangan. Babandingan karakteristik utama dua bahan ieu dipidangkeun di handap.
◆ Kamiripan antara Litium Tantalat (LTOI) sareng Litium Niobate (LNOI)
①Indéks Réfraktif:2.12 lawan 2.21
Ieu ngandung harti yén diménsi waveguide mode tunggal, radius lentur, sareng ukuran alat pasif umum dumasar kana dua bahan éta sami pisan, sareng kinerja gandeng seratna ogé tiasa dibandingkeun. Kalayan etsa waveguide anu saé, dua bahan éta tiasa ngahontal leungitna sisipan<0,1 dB/cm. EPFL ngalaporkeun leungitna waveguide 5,6 dB/m.
②Koefisien Éléktro-optik:30.5 pm/V lawan 30.9 pm/V
Efisiensi modulasi sami pikeun kadua bahan, kalayan modulasi dumasar kana pangaruh Pockels, anu ngamungkinkeun bandwidth anu luhur. Ayeuna, modulator LTOI sanggup ngahontal kinerja 400G per jalur, kalayan bandwidth anu ngaleuwihan 110 GHz.
③Celah pita:3,93 eV dibandingkeun 3,78 eV
Duanana bahan mibanda jandela transparan anu lega, ngadukung aplikasi ti panjang gelombang anu katingali dugi ka infrabeureum, tanpa panyerepan dina pita komunikasi.
④Koefisien Nonlinier Orde Kadua (d33):Tabuh 21 sonten/V lawan tabuh 27 sonten/V
Upami dianggo pikeun aplikasi nonlinier sapertos generasi harmonik kadua (SHG), generasi frékuénsi-béda (DFG), atanapi generasi frékuénsi-jumlah (SFG), efisiensi konvérsi dua bahan éta kedah sami.
◆ Kauntungan Biaya LTOI vs LNOI
①Biaya Nyiapkeun Wafer Anu Langkung Handap
LNOI meryogikeun implantasi ion He pikeun pamisahan lapisan, anu gaduh efisiensi ionisasi anu handap. Sabalikna, LTOI nganggo implantasi ion H pikeun pamisahan, sami sareng SOI, kalayan efisiensi delaminasi langkung ti 10 kali langkung luhur tibatan LNOI. Ieu ngahasilkeun bédana harga anu signifikan pikeun wafer 6 inci: $300 vs. $2000, pangurangan biaya 85%.
②Ieu parantos seueur dianggo di pasar éléktronik konsumen pikeun filter akustik.(750.000 unit per taun, dianggo ku Samsung, Apple, Sony, jsb.).
◆ Kaunggulan Kinerja LTOI vs LNOI
①Cacat Bahan Langkung Saeutik, Éfék Fotorefraktif Langkung Lemah, Stabilitas Langkung Seueur
Mimitina, modulator LNOI sering nunjukkeun bias point drift, utamina kusabab akumulasi muatan anu disababkeun ku cacad dina antarmuka waveguide. Upami teu diubaran, alat-alat ieu tiasa nyandak waktos dugi ka sadinten kanggo stabil. Nanging, rupa-rupa metode dikembangkeun pikeun ngungkulan masalah ieu, sapertos nganggo palapis oksida logam, polarisasi substrat, sareng annealing, ngajantenkeun masalah ieu ayeuna tiasa diatasi.
Sabalikna, LTOI mibanda cacad bahan anu langkung sakedik, anu nyababkeun fénoména hanyutan anu dikirangan sacara signifikan. Sanaos tanpa pamrosésan tambahan, titik operasina tetep relatif stabil. Hasil anu sami parantos dilaporkeun ku EPFL, Harvard, sareng Universitas Zhejiang. Nanging, babandinganana sering nganggo modulator LNOI anu teu diubaran, anu panginten henteu sapinuhna adil; kalayan pamrosésan, kinerja duanana bahan sigana sami. Bédana utama nyaéta LTOI anu meryogikeun léngkah pamrosésan tambahan anu langkung sakedik.
②Birefringence Handap: 0,004 vs 0,07
Birefringence lithium niobate (LNOI) anu luhur kadang-kadang tiasa nangtang, khususna sabab tikungan waveguide tiasa nyababkeun kopling mode sareng hibridisasi mode. Dina LNOI ipis, tikungan dina waveguide tiasa ngarobih sabagian cahaya TE janten cahaya TM, anu ngahesekeun fabrikasi alat pasif anu tangtu, sapertos filter.
Ku LTOI, birefringence anu langkung handap ngaleungitkeun masalah ieu, anu sacara poténsial ngagampangkeun pikeun ngembangkeun alat pasif kinerja tinggi. EPFL ogé parantos ngalaporkeun hasil anu penting, ngamangpaatkeun birefringence LTOI anu handap sareng henteuna mode-crossing pikeun ngahontal generasi sisir frékuénsi éléktro-optik spéktrum ultra-lega kalayan kontrol dispersi datar dina rentang spéktral anu lega. Ieu ngahasilkeun bandwidth sisir 450 nm anu impressive kalayan langkung ti 2000 garis sisir, sababaraha kali langkung ageung tibatan anu tiasa kahontal ku lithium niobate. Dibandingkeun sareng sisir frékuénsi optik Kerr, sisir éléktro-optik nawiskeun kaunggulan bébas ambang sareng langkung stabil, sanaos meryogikeun input gelombang mikro kakuatan tinggi.
③Ambang Karusakan Optik Anu Langkung Luhur
Ambang karusakan optik LTOI dua kali lipat tibatan LNOI, nawiskeun kaunggulan dina aplikasi nonlinier (sareng kamungkinan aplikasi Coherent Perfect Absorption (CPO) ka hareup). Tingkat kakuatan modul optik ayeuna sigana moal ngaruksak lithium niobate.
④Éfék Raman Leutik
Ieu ogé lumaku pikeun aplikasi nonlinier. Litium niobate mibanda pangaruh Raman anu kuat, anu dina aplikasi sisir frékuénsi optik Kerr tiasa nyababkeun generasi cahaya Raman anu teu dihoyongkeun sareng kéngingkeun kompetisi, nyegah sisir frékuénsi optik litium niobate x-cut ngahontal kaayaan soliton. Kalayan LTOI, pangaruh Raman tiasa dikirangan ngalangkungan desain orientasi kristal, anu ngamungkinkeun LTOI x-cut pikeun ngahontal generasi sisir frékuénsi optik soliton. Ieu ngamungkinkeun integrasi monolitik sisir frékuénsi optik soliton sareng modulator kecepatan tinggi, hiji prestasi anu teu tiasa kahontal ku LNOI.
◆ Naha Litium Tantalat Film Ipis (LTOI) Teu Disebatkeun Tiheula?
Litium tantalat mibanda suhu Curie anu langkung handap tibatan litium niobate (610°C vs. 1157°C). Sateuacan kamekaran téknologi heterointegrasi (XOI), modulator litium niobate diproduksi nganggo difusi titanium, anu meryogikeun annealing dina suhu langkung ti 1000°C, janten LTOI henteu cocog. Nanging, kalayan parobahan ayeuna nuju nganggo substrat insulator sareng etching waveguide pikeun formasi modulator, suhu Curie 610°C langkung ti cekap.
◆ Naha Litium Tantalate Film Ipis (LTOI) Bakal Ngagantikeun Litium Niobate Film Ipis (TFLN)?
Dumasar kana panilitian ayeuna, LTOI nawiskeun kaunggulan dina kinerja pasif, stabilitas, sareng biaya produksi skala ageung, tanpa kakurangan anu katingali. Nanging, LTOI henteu ngaleuwihan litium niobate dina kinerja modulasi, sareng masalah stabilitas sareng LNOI gaduh solusi anu dipikanyaho. Pikeun modul DR komunikasi, aya paménta minimal pikeun komponén pasif (sareng silikon nitrida tiasa dianggo upami diperyogikeun). Salaku tambahan, investasi énggal diperyogikeun pikeun ngadegkeun deui prosés étsa tingkat wafer, téknik heterointegrasi, sareng uji reliabilitas (kasulitan sareng étsa litium niobate sanés waveguide tapi ngahontal étsa tingkat wafer hasil luhur). Ku alatan éta, pikeun bersaing sareng posisi litium niobate anu parantos ditetepkeun, LTOI panginten kedah ngungkabkeun kaunggulan salajengna. Nanging, sacara akademis, LTOI nawiskeun poténsi panilitian anu signifikan pikeun sistem on-chip anu terintegrasi, sapertos sisir éléktro-optik anu ngalangkungan oktaf, PPLT, alat divisi panjang gelombang soliton sareng AWG, sareng modulator array.
Waktos posting: 08-Nop-2024