Materiali i litium tantalat me shtresë të hollë (LTOI) po shfaqet si një forcë e re e rëndësishme në fushën e optikës së integruar. Këtë vit, janë botuar disa punime të nivelit të lartë mbi modulatorët LTOI, me vafera LTOI me cilësi të lartë të ofruara nga Profesor Xin Ou nga Instituti i Mikrosistemit dhe Teknologjisë së Informacionit të Shangait, dhe proceset e gravimit të valëve me cilësi të lartë të zhvilluara nga grupi i Profesor Kippenberg në EPFL , Zvicër. Përpjekjet e tyre bashkëpunuese kanë treguar rezultate mbresëlënëse. Për më tepër, ekipet kërkimore nga Universiteti Zhejiang i udhëhequr nga Profesor Liu Liu dhe Universiteti i Harvardit i udhëhequr nga Profesor Loncar kanë raportuar gjithashtu për modulatorët LTOI me shpejtësi të lartë dhe me stabilitet të lartë.
Si një i afërm i ngushtë i niobatit të litiumit me shtresë të hollë (LNOI), LTOI ruan karakteristikat e modulimit me shpejtësi të lartë dhe me humbje të ulët të niobatit të litiumit, ndërsa ofron gjithashtu avantazhe të tilla si kosto e ulët, dythyeshmëri e ulët dhe efekte të reduktuara fotorefraktive. Një krahasim i karakteristikave kryesore të dy materialeve është paraqitur më poshtë.
◆ Ngjashmëritë midis Litium Tantalate (LTOI) dhe Litium Niobate (LNOI)
①Indeksi i Refraksionit:2,12 vs 2,21
Kjo nënkupton që dimensionet e udhërrëfyesit të valëve me një modalitet të vetëm, rrezja e përkuljes dhe madhësitë e zakonshme të pajisjes pasive bazuar në të dy materialet janë shumë të ngjashme dhe performanca e tyre e lidhjes së fibrave është gjithashtu e krahasueshme. Me gravurë të mirë të valëve, të dy materialet mund të arrijnë një humbje të futjes së<0,1 dB/cm. EPFL raporton një humbje të valëve prej 5,6 dB/m.
②Koeficienti elektro-optik:30.5 pasdite/V kundër 30.9 pasdite/V
Efikasiteti i modulimit është i krahasueshëm për të dy materialet, me modulim të bazuar në efektin Pockels, duke lejuar gjerësi bande të lartë. Aktualisht, modulatorët LTOI janë të aftë të arrijnë performancën 400G për korsi, me një gjerësi brezi që kalon 110 GHz.
③Bandgap:3,93 eV kundrejt 3,78 eV
Të dy materialet kanë një dritare të gjerë transparente, që mbështet aplikime nga gjatësia e valës së dukshme në infra të kuqe, pa përthithje në brezat e komunikimit.
④Koeficienti jolinear i rendit të dytë (d33):21 pasdite/V vs 27 pasdite/V
Nëse përdoret për aplikime jolineare si gjenerimi i dytë harmonik (SHG), gjenerimi i frekuencës së diferencës (DFG) ose gjenerimi i shumës së frekuencës (SFG), efikasiteti i konvertimit të dy materialeve duhet të jetë mjaft i ngjashëm.
◆ Avantazhi i kostos së LTOI kundrejt LNOI
①Kosto më e ulët e përgatitjes së meshës
LNOI kërkon implantimin e joneve He për ndarjen e shtresave, i cili ka efikasitet të ulët jonizimi. Në të kundërt, LTOI përdor implantimin e joneve H për ndarje, të ngjashme me SOI, me një efikasitet delamination mbi 10 herë më të lartë se LNOI. Kjo rezulton në një diferencë të konsiderueshme çmimi për vaferat 6 inç: 300 dollarë kundrejt 2000 dollarëve, një ulje kostoje prej 85%.
②Tashmë përdoret gjerësisht në tregun e elektronikës së konsumit për filtrat akustikë(750,000 njësi në vit, të përdorura nga Samsung, Apple, Sony, etj.).
◆ Përparësitë e performancës së LTOI kundrejt LNOI
①Më pak defekte materiale, Efekt më i dobët fotorefraktive, më shumë stabilitet
Fillimisht, modulatorët LNOI shpesh shfaqën zhvendosje të pikës së paragjykimit, kryesisht për shkak të akumulimit të ngarkesës të shkaktuar nga defektet në ndërfaqen e valëve. Nëse nuk trajtohen, këto pajisje mund të marrin deri në një ditë për t'u stabilizuar. Megjithatë, u zhvilluan metoda të ndryshme për të adresuar këtë çështje, të tilla si përdorimi i veshjes me oksid metali, polarizimi i substratit dhe pjekja, duke e bërë këtë problem kryesisht të menaxhueshëm tani.
Në të kundërt, LTOI ka më pak defekte materiale, duke çuar në reduktim të ndjeshëm të fenomeneve të zhvendosjes. Edhe pa përpunim shtesë, pika e funksionimit të tij mbetet relativisht e qëndrueshme. Rezultate të ngjashme janë raportuar nga EPFL, Harvard dhe Universiteti Zhejiang. Megjithatë, krahasimi shpesh përdor modulatorë LNOI të patrajtuar, të cilët mund të mos jenë plotësisht të drejtë; me përpunim, performanca e të dy materialeve ka të ngjarë të jetë e ngjashme. Dallimi kryesor qëndron në LTOI që kërkon më pak hapa shtesë të përpunimit.
②Birefringenca e ulët: 0.004 kundrejt 0.07
Referenca e lartë e dyfishtë e niobatit të litiumit (LNOI) mund të jetë sfiduese ndonjëherë, veçanërisht pasi kthesat e valëve mund të shkaktojnë bashkim të modalitetit dhe hibridizimin e modalitetit. Në LNOI të hollë, një kthesë në valëzues mund të konvertojë pjesërisht dritën TE në dritë TM, duke komplikuar prodhimin e disa pajisjeve pasive, si filtrat.
Me LTOI, dythyeshmëria më e ulët e eliminon këtë problem, duke e bërë potencialisht më të lehtë zhvillimin e pajisjeve pasive me performancë të lartë. EPFL ka raportuar gjithashtu rezultate të dukshme, duke shfrytëzuar refraksionin e ulët të dyfishtë të LTOI dhe mungesën e kryqëzimit të modalitetit për të arritur gjenerimin e krehjeve me frekuencë elektro-optike me spektër ultra të gjerë me kontroll të sheshtë të dispersionit në një gamë të gjerë spektrale. Kjo rezultoi në një gjerësi bande mbresëlënëse prej 450 nm me mbi 2000 linja krehjeje, disa herë më e madhe se ajo që mund të arrihet me niobat litium. Krahasuar me krehërat me frekuencë optike Kerr, krehrat elektro-optikë ofrojnë avantazhin e të qenit pa prag dhe më të qëndrueshëm, megjithëse kërkojnë një hyrje me mikrovalë me fuqi të lartë.
③Pragu më i lartë i dëmtimit optik
Pragu i dëmtimit optik të LTOI është dyfishi i LNOI, duke ofruar një avantazh në aplikimet jolineare (dhe potencialisht në aplikacionet e ardhshme Koherent Perfect Absorption (CPO)). Nivelet aktuale të fuqisë së modulit optik nuk kanë gjasa të dëmtojnë niobatin e litiumit.
④Efekti i ulët Raman
Kjo gjithashtu ka të bëjë me aplikacionet jolineare. Niobati i litiumit ka një efekt të fortë Raman, i cili në aplikimet e krehjes me frekuencë optike Kerr mund të çojë në gjenerimin e padëshiruar të dritës Raman dhe të fitojë konkurrencë, duke parandaluar që krehërat me frekuencë optike të niobatit të litiumit me prerje x të arrijnë gjendjen e solitonit. Me LTOI, efekti Raman mund të shtypet përmes dizajnit të orientimit të kristalit, duke lejuar LTOI me prerje x të arrijë gjenerimin e krehjes me frekuencë optike soliton. Kjo mundëson integrimin monolit të krehjeve të frekuencës optike soliton me modulatorë me shpejtësi të lartë, një arritje e paarritshme me LNOI.
◆ Pse nuk u përmend më herët Litium Tantalate me film të hollë (LTOI)?
Litium tantalati ka një temperaturë Curie më të ulët se niobati i litiumit (610°C kundrejt 1157°C). Përpara zhvillimit të teknologjisë së heterointegrimit (XOI), modulatorët e niobatit të litiumit u prodhuan duke përdorur difuzionin e titanit, i cili kërkon pjekje në mbi 1000°C, duke e bërë LTOI të papërshtatshëm. Megjithatë, me ndryshimin e sotëm drejt përdorimit të nënshtresave të izolatorëve dhe gdhendjes së valëve për formimin e modulatorit, një temperaturë Curie 610°C është më se e mjaftueshme.
◆ A do të zëvendësojë litium tantalat me shtresë të hollë (LTOI) me film të hollë litium niobat (TFLN)?
Bazuar në hulumtimet aktuale, LTOI ofron avantazhe në performancën pasive, stabilitetin dhe koston e prodhimit në shkallë të gjerë, pa të meta të dukshme. Sidoqoftë, LTOI nuk e kalon niobatin e litiumit në performancën e modulimit dhe çështjet e stabilitetit me LNOI kanë zgjidhje të njohura. Për modulet DR të komunikimit, ka kërkesë minimale për komponentë pasivë (dhe nitridi i silikonit mund të përdoret nëse është e nevojshme). Për më tepër, nevojiten investime të reja për të rivendosur proceset e gravimit të nivelit të vaferës, teknikat e heterointegrimit dhe testimin e besueshmërisë (vështirësia me gdhendjen e niobatit të litiumit nuk ishte udhërrëfyesi i valës, por arritja e gravimit me rendiment të lartë në nivel vaferi). Prandaj, për të konkurruar me pozicionin e vendosur të niobatit të litiumit, LTOI mund të ketë nevojë të zbulojë avantazhe të mëtejshme. Megjithatë, akademikisht, LTOI ofron potencial të rëndësishëm kërkimor për sistemet e integruara në çip, të tilla si krehrat elektro-optike me shtrirje oktavë, pajisjet PPLT, soliton dhe AWG për ndarjen e gjatësisë valore dhe modulatorët e grupeve.
Koha e postimit: Nëntor-08-2024