Tankofilni litijum tantalat (LTOI) materijal se pojavljuje kao značajna nova sila u polju integrisane optike. Ove godine je objavljeno nekoliko radova visokog nivoa o LTOI modulatorima, sa visokokvalitetnim LTOI pločicama koje je obezbedio profesor Xin Ou sa Šangajskog instituta za mikrosisteme i informacione tehnologije, i visokokvalitetnim procesima jetkanja talasovoda koje je razvila grupa profesora Kippenberga na EPFL-u. , Švicarska. Njihovi zajednički napori pokazali su impresivne rezultate. Pored toga, istraživački timovi sa Univerziteta Zhejiang predvođeni profesorom Liu Liuom i Univerziteta Harvard na čelu sa profesorom Lončarom su takođe izvestili o brzim, visoko stabilnim LTOI modulatorima.
Kao blizak srodnik tankoslojnog litijum niobata (LNOI), LTOI zadržava modulaciju velike brzine i karakteristike malog gubitka litijum niobata, a istovremeno nudi prednosti kao što su niska cena, nisko dvolomnost i smanjeni efekti fotorefrakcije. U nastavku je prikazano poređenje glavnih karakteristika ova dva materijala.
◆ Sličnosti između litijum tantalata (LTOI) i litijum niobata (LNOI)
①Indeks loma:2.12 vs 2.21
Ovo implicira da su dimenzije jednomodnog talasovoda, radijus savijanja i uobičajene veličine pasivnog uređaja zasnovane na oba materijala vrlo slične, a njihove performanse spajanja vlakana su takođe uporedive. Sa dobrim talasovodnim jetkanjem, oba materijala mogu postići gubitak umetanja od<0,1 dB/cm. EPFL prijavljuje gubitak talasovoda od 5,6 dB/m.
②Elektro-optički koeficijent:30,5 pm/V naspram 30,9 pm/V
Efikasnost modulacije je uporediva za oba materijala, sa modulacijom zasnovanom na Pokelsovom efektu, što omogućava visoku propusnost. Trenutno, LTOI modulatori mogu postići performanse od 400G po traci, sa propusnim opsegom većim od 110 GHz.
③Pojasni razmak:3,93 eV naspram 3,78 eV
Oba materijala imaju široki prozirni prozor, podržavajući primjenu od vidljivih do infracrvenih valnih dužina, bez apsorpcije u komunikacijskim opsezima.
④Nelinearni koeficijent drugog reda (d33):21 pm/V naspram 27 pm/V
Ako se koristi za nelinearne primjene kao što je generiranje drugog harmonika (SHG), generiranje razlike frekvencije (DFG) ili generiranje sume frekvencije (SFG), efikasnost konverzije dva materijala trebala bi biti prilično slična.
◆ Troškovna prednost LTOI u odnosu na LNOI
①Niži troškovi pripreme vafla
LNOI zahteva implantaciju He jona za odvajanje sloja, koji ima nisku efikasnost jonizacije. Nasuprot tome, LTOI koristi implantaciju H jona za odvajanje, slično kao SOI, sa efikasnošću delaminacije preko 10 puta većom od LNOI. Ovo rezultira značajnom razlikom u cijeni za 6-inčne pločice: 300 USD u odnosu na 2000 USD, smanjenje troškova za 85%.
②Već se široko koristi na tržištu potrošačke elektronike za akustične filtere(750.000 jedinica godišnje, koriste Samsung, Apple, Sony, itd.).
◆ Prednosti performansi LTOI u odnosu na LNOI
①Manje defekta materijala, slabiji fotorefraktivni efekat, veća stabilnost
U početku, LNOI modulatori su često pokazivali odstupanje tačke prednapona, prvenstveno zbog akumulacije naboja uzrokovane defektima na interfejsu talasovoda. Ako se ne liječe, ovim uređajima bi moglo potrajati i do jednog dana da se stabiliziraju. Međutim, razvijene su različite metode za rješavanje ovog problema, kao što je korištenje metalnih oksidnih obloga, polarizacija supstrata i žarenje, čime se ovaj problem sada uglavnom može riješiti.
Nasuprot tome, LTOI ima manje materijalnih nedostataka, što dovodi do značajno smanjenog fenomena drifta. Čak i bez dodatne obrade, njegova radna tačka ostaje relativno stabilna. Slične rezultate objavili su EPFL, Harvard i Univerzitet Zhejiang. Međutim, poređenje često koristi neobrađene LNOI modulatore, što možda nije sasvim fer; sa obradom, performanse oba materijala su vjerovatno slične. Glavna razlika leži u LTOI koji zahtijeva manje dodatnih koraka obrade.
②Donji dvolom: 0,004 vs 0,07
Visok dvolom litijum niobata (LNOI) ponekad može biti izazovan, posebno zato što savijanja talasovoda mogu uzrokovati sprezanje modova i hibridizaciju modova. U tankom LNOI, savijanje u talasovodu može djelimično pretvoriti TE svjetlost u TM svjetlost, što komplikuje proizvodnju određenih pasivnih uređaja, poput filtera.
Uz LTOI, niži dvolom eliminira ovaj problem, potencijalno olakšavajući razvoj pasivnih uređaja visokih performansi. EPFL je također izvijestio o zapaženim rezultatima, koristeći LTOI-jev niski dvolom i odsustvo ukrštanja modova kako bi se postiglo ultra-široko spektralno generiranje elektro-optičkih frekvencija sa ravnom kontrolom disperzije u širokom spektralnom rasponu. Ovo je rezultiralo impresivnim opsegom od 450 nm sa preko 2000 češljastih linija, nekoliko puta većim od onoga što se može postići s litijum niobatom. U poređenju sa Kerr optičkim frekvencijskim češljevima, elektrooptički češljevi nude prednost u tome što su bez praga i stabilniji, iako im je potreban mikrovalni ulaz velike snage.
③Viši prag optičkog oštećenja
Prag optičkog oštećenja LTOI je dvostruko veći od LNOI, što nudi prednost u nelinearnim aplikacijama (i potencijalno budućim aplikacijama koherentne savršene apsorpcije (CPO)). Malo je vjerovatno da će trenutni nivoi snage optičkog modula oštetiti litijum niobat.
④Low Raman Effect
Ovo se takođe odnosi na nelinearne aplikacije. Litijum niobat ima snažan Ramanov efekat, koji u primenama Kerrovog optičkog frekventnog češlja može dovesti do neželjenog stvaranja Raman svetlosti i dobiti konkurenciju, sprečavajući X-cut litijum niobat optičke frekvencijske češljeve da dođu u stanje solitona. Sa LTOI, Ramanov efekat se može potisnuti kroz dizajn kristalne orijentacije, omogućavajući x-cut LTOI da postigne generisanje solitonskog optičkog frekventnog češlja. Ovo omogućava monolitnu integraciju solitonskih optičkih frekventnih češlja sa modulatorima velike brzine, što se ne može postići sa LNOI.
◆ Zašto se ranije nije spominjao tankoslojni litijum tantalat (LTOI)?
Litijum tantalat ima nižu Curie temperaturu od litijum niobata (610°C naspram 1157°C). Prije razvoja tehnologije heterointegracije (XOI), litijum niobatni modulatori su proizvedeni korištenjem titanijumske difuzije, što zahtijeva žarenje na preko 1000°C, što LTOI čini neprikladnim. Međutim, sa današnjim zaokretom ka korišćenju izolatorskih supstrata i jetkanja u talasovodu za formiranje modulatora, Kirijeva temperatura od 610°C je više nego dovoljna.
◆ Hoće li tankoslojni litijum tantalat (LTOI) zamijeniti tankoslojni litijum niobat (TFLN)?
Na osnovu trenutnih istraživanja, LTOI nudi prednosti u pasivnim performansama, stabilnosti i velikim troškovima proizvodnje, bez očiglednih nedostataka. Međutim, LTOI ne nadmašuje litijum niobat u performansama modulacije, a problemi stabilnosti sa LNOI imaju poznata rješenja. Za komunikacione DR module postoji minimalna potražnja za pasivnim komponentama (i silicijum nitrid bi se mogao koristiti ako je potrebno). Dodatno, potrebna su nova ulaganja za ponovno uspostavljanje procesa jetkanja na nivou pločice, tehnika heterointegracije i testiranja pouzdanosti (poteškoća sa jetkanjem litijum niobata nije bila u talasovodu, već u postizanju visokokvalitetnog jetkanja na nivou pločice). Stoga, da bi se takmičio sa utvrđenom pozicijom litijum niobata, LTOI će možda morati da otkrije dalje prednosti. Akademski, međutim, LTOI nudi značajan istraživački potencijal za integrisane sisteme na čipu, kao što su elektrooptički češljevi sa oktavom, PPLT, solitonski i AWG uređaji sa podelom talasnih dužina, i modulatori niza.
Vrijeme objave: Nov-08-2024