Õhukese kilega liitiumtantalaadi (LTOI) materjal on integreeritud optikaväljas kujunemas olulise uue jõuna. Sel aastal on avaldatud mitu kõrgetasemelist tööd LTOI modulaatorite kohta, mille kvaliteetsed LTOI-plaadid pakub professor Xin Ou Shanghai Mikrosüsteemide ja Infotehnoloogia Instituudist ning kvaliteetsed lainejuhisöövitusprotsessid, mille on välja töötanud EPFL-i professor Kippenbergi töörühm. , Šveits. Nende koostöö on andnud muljetavaldavaid tulemusi. Lisaks on Zhejiangi ülikooli uurimisrühmad, mida juhib professor Liu Liu ja Harvardi ülikool, mida juhib professor Loncar, teatanud ka kiiretest ja suure stabiilsusega LTOI modulaatoritest.
Õhukese kilega liitiumniobaadi (LNOI) lähisugulasena säilitab LTOI liitiumniobaadi kiire modulatsiooni ja väikese kadudega omadused, pakkudes samal ajal eeliseid, nagu madal hind, madal kaksikmurduvus ja vähenenud fotorefraktsiooniefektid. Allpool on toodud kahe materjali põhiomaduste võrdlus.
◆ Liitiumtantalaadi (LTOI) ja liitiumniobaadi (LNOI) sarnasused
①Murdumisnäitaja:2,12 vs 2,21
See tähendab, et mõlemal materjalil põhinevad ühemoodilise lainejuhi mõõtmed, painderaadius ja ühised passiivsete seadmete suurused on väga sarnased ning ka nende kiudude sidumise jõudlus on võrreldav. Hea lainejuhisöövitusega võivad mõlemad materjalid saavutada sisestuskadu<0,1 dB/cm. EPFL teatab lainejuhikaoks 5,6 dB/m.
②Elektrooptiline koefitsient:30,5 pm/V vs 30,9 pm/V
Modulatsiooni efektiivsus on mõlema materjali puhul võrreldav, Pockelsi efektil põhinev modulatsioon võimaldab suurt ribalaiust. Praegu on LTOI modulaatorid võimelised saavutama 400 G sõiduraja kohta, ribalaiusega üle 110 GHz.
③Bandgap:3,93 eV vs 3,78 eV
Mõlemal materjalil on lai läbipaistev aken, mis toetab rakendusi nähtavast infrapuna lainepikkuseni, ilma neeldumiseta sideribades.
④Teist järku mittelineaarne koefitsient (d33):21.00/V vs 27.00/V
Kui seda kasutatakse mittelineaarsetes rakendustes, näiteks teise harmoonilise generatsiooni (SHG), erinevuse sageduse genereerimise (DFG) või summaarse sageduse genereerimise (SFG) jaoks, peaksid kahe materjali muundamise efektiivsused olema üsna sarnased.
◆ LTOI vs LNOI kulueelis
①Madalam vahvlite valmistamise hind
LNOI nõuab kihtide eraldamiseks He-ioonide implanteerimist, millel on madal ionisatsioonitõhusus. Seevastu LTOI kasutab eraldamiseks H ioonide implanteerimist sarnaselt SOI-ga, mille delaminatsioonitõhusus on üle 10 korra kõrgem kui LNOI. Selle tulemuseks on 6-tolliste vahvlite puhul märkimisväärne hinnaerinevus: 300 dollarit vs. 2000 dollarit, kulude vähenemine 85%.
②Seda kasutatakse juba laialdaselt tarbeelektroonika turul akustiliste filtrite jaoks(750 000 ühikut aastas, kasutavad Samsung, Apple, Sony jne).
◆ LTOI vs LNOI jõudluse eelised
①Vähem materjalidefekte, nõrgem fotorefraktsiooniefekt, suurem stabiilsus
Algselt näitasid LNOI modulaatorid sageli nihkepunktide triivi, peamiselt laengu akumuleerumise tõttu, mis oli põhjustatud lainejuhiliidese defektidest. Kui neid ei ravita, võib nende seadmete stabiliseerimiseks kuluda kuni päev. Selle probleemi lahendamiseks töötati aga välja erinevaid meetodeid, nagu näiteks metalloksiidkatte kasutamine, substraadi polariseerimine ja lõõmutamine, mistõttu on see probleem praegu suures osas käsitletav.
Seevastu LTOI-l on vähem materjalidefekte, mis vähendab oluliselt triivimisnähtusi. Isegi ilma täiendava töötlemiseta jääb selle tööpunkt suhteliselt stabiilseks. Sarnastest tulemustest on teatanud EPFL, Harvardi ja Zhejiangi ülikool. Kuid võrdluses kasutatakse sageli töötlemata LNOI modulaatoreid, mis ei pruugi olla täiesti õiglane; töötlemisel on mõlema materjali jõudlus tõenäoliselt sarnane. Peamine erinevus seisneb selles, et LTOI nõuab vähem täiendavaid töötlemisetappe.
②Madalam kaksikmurduvus: 0,004 vs 0,07
Liitiumniobaadi (LNOI) kõrge kahekordne murdumine võib mõnikord olla keeruline, eriti kuna lainejuhi kõverad võivad põhjustada režiimide sidumist ja režiimide hübridisatsiooni. Õhukeses LNOI-s võib lainejuhi painutus osaliselt muuta TE-valguse TM-valguseks, raskendades teatud passiivsete seadmete, näiteks filtrite valmistamist.
LTOI-ga kõrvaldab madalam kaksikmurdumine selle probleemi, muutes suure jõudlusega passiivsete seadmete väljatöötamise lihtsamaks. EPFL on teatanud ka märkimisväärsetest tulemustest, kasutades ära LTOI madalat kaksikmurdmist ja režiimide ristumise puudumist, et saavutada ülilaia spektriga elektro-optilise sagedusega kammi genereerimine lame hajutuse juhtimisega laias spektrivahemikus. Selle tulemuseks oli muljetavaldav 450 nm kammi ribalaius üle 2000 kammijoonega, mis on mitu korda suurem kui liitiumniobaadiga saavutatav. Võrreldes Kerri optilise sagedusega kammidega pakuvad elektro-optilised kammid eeliseks, et nad on lävevabad ja stabiilsemad, kuigi vajavad suure võimsusega mikrolaineahjus.
③Kõrgem optilise kahjustuse lävi
LTOI optilise kahjustuse lävi on kaks korda suurem kui LNOI oma, pakkudes eelist mittelineaarsetes rakendustes (ja potentsiaalselt tulevastes koherentse täiusliku neeldumise (CPO) rakendustes). Praegused optilise mooduli võimsustasemed ei kahjusta tõenäoliselt liitiumniobaati.
④Madal Ramani efekt
See kehtib ka mittelineaarsete rakenduste kohta. Liitiumniobaadil on tugev Ramani efekt, mis Kerri optilise sagedusega kammirakendustes võib põhjustada soovimatut Ramani valgust ja suurendada konkurentsi, takistades x-cut liitiumniobaadi optilise sagedusega kammide solitoni olekusse jõudmist. LTOI abil saab Ramani efekti maha suruda kristallide orientatsiooni disaini abil, võimaldades x-cut LTOI-l saavutada solitoni optilise sagedusega kammi genereerimine. See võimaldab monoliitselt integreerida soliton-optilised sageduskammid kiirete modulaatoritega, mis pole LNOI-ga saavutatav.
◆ Miks ei mainitud varem õhukese kilega liitiumtantalaati (LTOI)?
Liitiumtantalaadil on madalam Curie temperatuur kui liitiumniobaadil (610°C vs. 1157°C). Enne heterointegratsioonitehnoloogia (XOI) väljatöötamist valmistati liitiumniobaatmodulaatoreid titaani difusiooni abil, mis nõuab lõõmutamist temperatuuril üle 1000 °C, mistõttu LTOI ei sobi. Kuid tänapäeva nihkega isolaatori substraatide ja lainejuhisöövituse kasutamisele modulaatori moodustamiseks on 610 °C Curie temperatuur enam kui piisav.
◆ Kas õhukese kilega liitiumtantalaat (LTOI) asendab õhukese kilega liitiumniobaati (TFLN)?
Praeguste uuringute põhjal pakub LTOI eeliseid passiivse jõudluse, stabiilsuse ja suuremahuliste tootmiskulude osas ilma ilmsete puudusteta. Kuid LTOI ei ületa modulatsiooni jõudluses liitiumniobaati ja LNOI stabiilsusprobleemidele on lahendused teada. Kommunikatsiooni DR-moodulite jaoks on passiivsete komponentide nõudlus minimaalne (ja vajadusel saab kasutada räni nitriidi). Lisaks on vaja uusi investeeringuid vahvlitaseme söövitusprotsesside, heterointegratsioonitehnikate ja töökindluse testimise taastamiseks (liitiumniobaadi söövitamise raskus ei olnud lainejuht, vaid suure tootlikkusega vahvlitaseme söövitamise saavutamine). Seetõttu võib LTOI-l liitiumniobaadi väljakujunenud positsiooniga konkureerimiseks vajada täiendavaid eeliseid. Akadeemiliselt pakub LTOI aga märkimisväärset uurimispotentsiaali integreeritud kiibisüsteemidele, nagu oktaavipikkused elektrooptilised kammid, PPLT, solitoni ja AWG lainepikkuste jagamise seadmed ning massiivi modulaatorid.
Postitusaeg: nov-08-2024