Materiali tantalat litiumi me film 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 pllaka LTOI me cilësi të lartë të ofruara nga Profesor Xin Ou nga Instituti i Mikrosistemeve dhe Teknologjisë së Informacionit të Shangait, dhe procese të gdhendjes me valëudhëzues me cilësi të lartë të zhvilluara nga grupi i Profesor Kippenberg në EPFL, Zvicër. Përpjekjet e tyre bashkëpunuese kanë treguar rezultate mbresëlënëse. Përveç kësaj, ekipet kërkimore nga Universiteti Zhejiang i udhëhequr nga Profesor Liu Liu dhe Universiteti i Harvardit i udhëhequr nga Profesor Loncar kanë raportuar gjithashtu mbi modulatorët LTOI me shpejtësi të lartë dhe stabilitet të lartë.
Si një i afërm i ngushtë i niobatit të litiumit me film të hollë (LNOI), LTOI ruan karakteristikat e modulimit me shpejtësi të lartë dhe humbjeve të ulëta të niobatit të litiumit, ndërsa ofron gjithashtu avantazhe të tilla si kosto e ulët, thyerje e ulët e dyfishtë dhe efekte të reduktuara fotorefraktive. Një krahasim i karakteristikave kryesore të dy materialeve paraqitet më poshtë.
◆ Ngjashmëritë midis Tantalatit të Litiumit (LTOI) dhe Niobatit të Litiumit (LNOI)
①Indeksi i thyerjes:2.12 kundrejt 2.21
Kjo nënkupton që dimensionet e valëpërçuesve me një modalitet, rrezja e lakimit dhe madhësitë e zakonshme të pajisjeve pasive bazuar në të dy materialet janë shumë të ngjashme, dhe performanca e tyre e çiftëzimit me fibra është gjithashtu e krahasueshme. Me gdhendje të mirë të valëpërçuesve, të dy materialet mund të arrijnë një humbje futjeje prej<0.1 dB/cm. EPFL raporton një humbje të valëpërçuesit prej 5.6 dB/m.
②Koeficienti elektro-optik:30.5 pm/V kundrejt 30.9 pm/V
Efikasiteti i modulimit është i krahasueshëm për të dy materialet, me modulim të bazuar në efektin Pockels, duke lejuar gjerësi të lartë të brezit. Aktualisht, modulatorët LTOI janë të aftë të arrijnë performancë 400G për korsi, me një gjerësi brezi që tejkalon 110 GHz.
③Gabimi i brezit:3.93 eV kundrejt 3.78 eV
Të dy materialet kanë një dritare të gjerë transparente, duke mbështetur aplikime nga gjatësitë e valëve të dukshme deri në ato infra të kuqe, pa thithje në brezat e komunikimit.
④Koeficienti Jolinear i Rendit të Dytë (d33):21 pm/V kundrejt 27 pm/V
Nëse përdoret për aplikime jolineare siç është gjenerimi i harmonikave të dyta (SHG), gjenerimi i frekuencave të ndryshme (DFG) ose gjenerimi i frekuencave të shumta (SFG), efikasitetet e konvertimit të dy materialeve duhet të jenë mjaft të ngjashme.
◆ Avantazhi i kostos së LTOI kundrejt LNOI
①Kosto më e ulët e përgatitjes së pllakave të ngurta
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, ngjashëm me SOI, me një efikasitet të delaminimit mbi 10 herë më të lartë se LNOI. Kjo rezulton në një ndryshim të konsiderueshëm në çmim për pllakat 6-inç: 300 dollarë kundrejt 2000 dollarëve, një ulje e kostos prej 85%.
②Përdoret tashmë gjerësisht në tregun e elektronikës së konsumit për filtra 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 fotorefraktiv më i dobët, më shumë stabilitet
Fillimisht, modulatorët LNOI shpesh shfaqnin zhvendosje të pikës së polarizimit, kryesisht për shkak të akumulimit të ngarkesës të shkaktuar nga defektet në ndërfaqen e valëpërçuesit. Nëse nuk trajtohen, këto pajisje mund të duan deri në një ditë për t'u stabilizuar. Megjithatë, u zhvilluan metoda të ndryshme për të adresuar këtë problem, të tilla si përdorimi i veshjes së oksidit të metalit, polarizimi i substratit dhe kalitja, duke e bërë këtë problem kryesisht të menaxhueshëm tani.
Në të kundërt, LTOI ka më pak defekte materiale, duke çuar në fenomene të dridhjes të reduktuara ndjeshëm. Edhe pa përpunim shtesë, pika e tij e funksionimit mbetet relativisht e qëndrueshme. Rezultate të ngjashme janë raportuar nga EPFL, Harvard dhe Universiteti Zhejiang. Megjithatë, krahasimi shpesh përdor modulatorë LNOI të patrajtuar, gjë që mund të mos jetë plotësisht e drejtë; me përpunimin, performanca e të dy materialeve është ndoshta e ngjashme. Dallimi kryesor qëndron në LTOI që kërkon më pak hapa shtesë përpunimi.
②Dyfishimi i Ulët: 0.004 kundrejt 0.07
Dyfishimi i lartë i niobatit të litiumit (LNOI) mund të jetë sfidues ndonjëherë, veçanërisht pasi kthesat e valëpërçuesit mund të shkaktojnë çiftëzimin e modave dhe hibridizimin e modave. Në LNOI të hollë, një kthesë në valëpërçues mund ta shndërrojë pjesërisht dritën TE në dritë TM, duke e komplikuar prodhimin e disa pajisjeve pasive, si filtrat.
Me LTOI, dyfishimi më i ulët i thyerjes 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 dyfishimin e ulët të LTOI dhe mungesën e kryqëzimit të modalitetit për të arritur gjenerimin e krehrit të frekuencës elektro-optike me spektër ultra të gjerë me kontroll të shpërndarjes së sheshtë në një gamë të gjerë spektrale. Kjo rezultoi në një gjerësi bande krehri mbresëlënëse prej 450 nm me mbi 2000 vija krehri, disa herë më të mëdha se ajo që mund të arrihet me niobat litiumi. Krahasuar me krehrat e frekuencës optike Kerr, krehrat elektro-optikë ofrojnë avantazhin e të qenit pa prag dhe më të qëndrueshëm, megjithëse kërkojnë një hyrje mikrovalë me fuqi të lartë.
③Prag më i lartë i dëmtimit optik
Pragu i dëmtimit optik të LTOI është dyfishi i atij të LNOI, duke ofruar një avantazh në aplikimet jolineare (dhe potencialisht në aplikimet e ardhshme të Thithjes Koherente të Përsosur (CPO)). Nivelet aktuale të fuqisë së modulit optik nuk kanë gjasa të dëmtojnë niobatin e litiumit.
④Efekti i ulët Raman
Kjo vlen edhe për aplikimet jolineare. Niobati i litiumit ka një efekt të fortë Raman, i cili në aplikimet e krehrit të frekuencës optike Kerr mund të çojë në gjenerimin e padëshiruar të dritës Raman dhe konkurrencën e fitimit, duke parandaluar që krehrat e frekuencës optike të niobatit të litiumit me prerje x të arrijnë gjendjen soliton. Me LTOI, efekti Raman mund të shtypet përmes dizajnit të orientimit të kristalit, duke lejuar që LTOI me prerje x të arrijë gjenerimin e krehrit të frekuencës optike soliton. Kjo mundëson integrimin monolit të krehrave të frekuencës optike soliton me modulatorë me shpejtësi të lartë, një arritje që nuk mund të arrihet me LNOI.
◆ Pse nuk u përmend më parë Tantalati i Litiumit me Shtresë të Hollë (LTOI)?
Tantalati i litiumit 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 prodhoheshin duke përdorur difuzion titaniumi, i cili kërkon pjekje në mbi 1000°C, duke e bërë LTOI të papërshtatshëm. Megjithatë, me kalimin e sotëm drejt përdorimit të substrateve izoluese dhe gdhendjes së valëve për formimin e modulatorit, një temperaturë Curie prej 610°C është më se e mjaftueshme.
◆ A do ta zëvendësojë tantalati i litiumit me shtresë të hollë (LTOI) niobatin e litiumit me shtresë të hollë (TFLN)?
Bazuar në hulumtimet aktuale, LTOI ofron avantazhe në performancën pasive, stabilitetin dhe koston e prodhimit në shkallë të gjerë, pa asnjë pengesë të dukshme. Megjithatë, LTOI nuk e tejkalon niobatin e litiumit në performancën e modulimit, dhe problemet 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). Përveç kësaj, kërkohen investime të reja për të rivendosur proceset e gdhendjes në nivel pllake, teknikat e heterointegrimit dhe testimin e besueshmërisë (vështirësia me gdhendjen me niobat litium nuk ishte valëpërçuesi, por arritja e gdhendjes në nivel pllake me rendiment të lartë). Prandaj, për të konkurruar me pozicionin e vendosur të niobatit të litiumit, LTOI mund të duhet të zbulojë avantazhe të mëtejshme. Megjithatë, akademikisht, LTOI ofron potencial të konsiderueshëm kërkimor për sistemet e integruara në çip, të tilla si krehërat elektro-optikë që përfshijnë oktavë, pajisjet e ndarjes së gjatësisë së valës PPLT, soliton dhe AWG, dhe modulatorët e vargjeve.
Koha e postimit: 08 nëntor 2024