Тенкофилмскиот литиум танталат (LTOI) материјал се појавува како значајна нова сила во областа на интегрираната оптика. Оваа година се објавени неколку трудови на високо ниво за LTOI модулатори, со висококвалитетни LTOI плочки обезбедени од професорот Син Оу од Шангајскиот институт за микросистеми и информатичка технологија, и висококвалитетни процеси на гравирање со брановоди развиени од групата на професорот Кипенберг во EPFL, Швајцарија. Нивните заеднички напори покажаа импресивни резултати. Дополнително, истражувачките тимови од Универзитетот Жеџијанг предводени од професорот Лиу Лиу и Универзитетот Харвард предводени од професорот Лончар, исто така, објавија за брзи и стабилни LTOI модулатори.
Како близок роднина на тенкофилмскиот литиум ниобат (LNOI), LTOI ги задржува карактеристиките на високобрзинска модулација и ниски загуби на литиум ниобатот, а воедно нуди предности како што се ниска цена, ниско двојно прекршување и намалени фоторефрактивни ефекти. Споредба на главните карактеристики на двата материјали е претставена подолу.
◆ Сличности помеѓу литиум танталат (LTOI) и литиум ниобат (LNOI)
①Индекс на рефракција:2,12 наспроти 2,21
Ова имплицира дека димензиите на едномодните брановоди, радиусот на свиткување и вообичаените големини на пасивни уреди базирани на двата материјали се многу слични, а нивните перформанси на спојување на влакна се исто така споредливи. Со добро јоргавирање на брановоди, двата материјали можат да постигнат загуба на вметнување од<0,1 dB/cm. EPFL известува за загуба на брановодот од 5,6 dB/m.
②Електрооптички коефициент:30,5 часот попладне/V наспроти 30,9 часот попладне/V
Ефикасноста на модулацијата е споредлива за двата материјали, со модулација базирана на ефектот на Покелс, што овозможува висок пропусен опсег. Во моментов, LTOI модулаторите се способни да постигнат перформанси од 400G по лента, со пропусен опсег што надминува 110 GHz.
③Епизоден јаз:3,93 eV наспроти 3,78 eV
И двата материјали имаат широк транспарентен прозорец, поддржувајќи апликации од видливи до инфрацрвени бранови должини, без апсорпција во комуникациските опсези.
④Нелинеарен коефициент од втор ред (d33):21 часот/V наспроти 27 часот/V
Доколку се користи за нелинеарни апликации како што се генерирање на втор хармоник (SHG), генерирање на разлика во фреквенцијата (DFG) или генерирање на збирна фреквенција (SFG), ефикасноста на конверзија на двата материјали треба да биде доста слична.
◆ Предност на трошоците на LTOI наспроти LNOI
①Пониски трошоци за подготовка на вафли
LNOI бара имплантација на He јони за одвојување на слоеви, што има ниска ефикасност на јонизација. Спротивно на тоа, LTOI користи имплантација на H јони за одвојување, слично на SOI, со ефикасност на деламинација над 10 пати поголема од LNOI. Ова резултира со значителна разлика во цената за 6-инчни плочки: 300 долари наспроти 2000 долари, што е намалување на трошоците за 85%.
②Веќе е широко користен на пазарот за потрошувачка електроника за акустични филтри.(750.000 единици годишно, користени од Samsung, Apple, Sony, итн.).
◆ Предности во перформансите на LTOI наспроти LNOI
①Помалку дефекти на материјалот, послаб фоторефрактивен ефект, поголема стабилност
Првично, LNOI модулаторите често покажуваа поместување на точката на поларизација, првенствено поради акумулација на полнеж предизвикана од дефекти на интерфејсот на брановодот. Доколку не се третираат, на овие уреди може да им треба до еден ден за да се стабилизираат. Сепак, беа развиени различни методи за решавање на овој проблем, како што се користење на обложување на метален оксид, поларизација на подлогата и жарење, што го прави овој проблем во голема мера управлив сега.
Спротивно на тоа, LTOI има помалку дефекти во материјалот, што доведува до значително намалени феномени на дрифт. Дури и без дополнителна обработка, неговата работна точка останува релативно стабилна. Слични резултати се објавени од EPFL, Харвард и Универзитетот Жеџијанг. Сепак, споредбата често користи нетретирани LNOI модулатори, што можеби не е целосно фер; со обработката, перформансите на двата материјали се веројатно слични. Главната разлика лежи во тоа што LTOI бара помалку дополнителни чекори на обработка.
②Долна двојна прекршливост: 0,004 наспроти 0,07
Високата двокривност на литиум ниобатот (LNOI) понекогаш може да биде предизвикувачка, особено затоа што свиоците на брановодот можат да предизвикаат спојување на модовите и хибридизација на модовите. Кај тенкиот LNOI, свиокот во брановодот може делумно да ја претвори TE светлината во TM светлина, комплицирајќи го производството на одредени пасивни уреди, како што се филтрите.
Со LTOI, пониската дворефренција го елиминира овој проблем, што потенцијално го олеснува развојот на пасивни уреди со високи перформанси. EPFL, исто така, објави значајни резултати, искористувајќи ја ниската дворефренција на LTOI и отсуството на вкрстување на режимите за да се постигне генерирање на чешел со електро-оптичка фреквенција со ултра-широк спектар со контрола на рамна дисперзија низ широк спектрален опсег. Ова резултираше со импресивен пропусен опсег на чешел од 450 nm со над 2000 линии на чешел, неколку пати поголем од оној што може да се постигне со литиум ниобат. Во споредба со чешеловите со оптичка фреквенција на Kerr, електро-оптичките чешелови нудат предност што се без праг и постабилни, иако бараат микробранов влез со голема моќност.
③Повисок праг на оптичко оштетување
Прагот на оптичко оштетување на LTOI е двојно поголем од LNOI, што нуди предност во нелинеарните апликации (и потенцијално идните апликации за кохерентна совршена апсорпција (CPO)). Тековните нивоа на моќност на оптичкиот модул веројатно нема да го оштетат литиум ниобатот.
④Низок Раманов ефект
Ова се однесува и на нелинеарни апликации. Литиум ниобатот има силен Раманов ефект, кој во апликациите со Kerr оптички фреквенциски чешел може да доведе до несакано генерирање на Раманова светлина и зголемување на конкуренцијата, спречувајќи ги x-cut оптичките фреквенциски чешелови од литиум ниобат да ја достигнат солитонската состојба. Со LTOI, Рамановиот ефект може да се потисне преку дизајн на кристална ориентација, дозволувајќи x-cut LTOI да постигне генерирање на солитонски оптички фреквенциски чешел. Ова овозможува монолитна интеграција на солитонски оптички фреквенциски чешелови со високобрзински модулатори, подвиг што не е остварлив со LNOI.
◆ Зошто тенкофилмскиот литиум танталат (LTOI) не беше споменат претходно?
Литиум танталатот има пониска Кириева температура од литиум ниобатот (610°C наспроти 1157°C). Пред развојот на технологијата за хетероинтеграција (XOI), модулаторите од литиум ниобат се произведувале со употреба на титаниумска дифузија, која бара жарење на над 1000°C, што го прави LTOI несоодветен. Сепак, со денешното поместување кон користење на изолаторски подлоги и брановодно јоргање за формирање на модулатор, Кириева температура од 610°C е повеќе од доволна.
◆ Дали тенкофилмскиот литиум танталат (LTOI) ќе го замени тенкофилмскиот литиум ниобат (TFLN)?
Врз основа на тековните истражувања, LTOI нуди предности во пасивните перформанси, стабилноста и трошоците за производство во голем обем, без очигледни недостатоци. Сепак, LTOI не го надминува литиум ниобатот во перформансите на модулација, а проблемите со стабилноста со LNOI имаат познати решенија. За комуникациските DR модули, постои минимална побарувачка за пасивни компоненти (а силициум нитрид може да се користи доколку е потребно). Дополнително, потребни се нови инвестиции за повторно воспоставување на процесите на гравирање на ниво на плочка, техники на хетероинтеграција и тестирање на сигурноста (тешкотијата со гравирањето на литиум ниобат не беше брановодот, туку постигнувањето на гравирање на ниво на плочка со висок принос). Затоа, за да се натпреварува со воспоставената позиција на литиум ниобатот, LTOI можеби ќе треба да открие дополнителни предности. Академски, сепак, LTOI нуди значаен истражувачки потенцијал за интегрирани системи на чип, како што се електро-оптички чешли што опфаќаат октава, PPLT, солитонски и AWG уреди за поделба на бранова должина и модулатори на низи.
Време на објавување: 08.11.2024