İnteqrasiya olunmuş optika sahəsində nazik təbəqəli litium tantalat (LTOI) materialı əhəmiyyətli yeni bir qüvvə kimi ortaya çıxır. Bu il LTOI modulyatorları ilə bağlı bir neçə yüksək səviyyəli əsər dərc olunub. Şanxay Mikrosistem və İnformasiya Texnologiyaları İnstitutundan professor Xin Ou tərəfindən təqdim edilən yüksək keyfiyyətli LTOI lövhələri və İsveçrənin EPFL-dəki professor Kippenberqin qrupu tərəfindən hazırlanmış yüksək keyfiyyətli dalğa ötürücü aşındırma prosesləri. Onların birgə səyləri təsirli nəticələr nümayiş etdirib. Bundan əlavə, professor Liu Liunun rəhbərlik etdiyi Zhejiang Universiteti və professor Loncarın rəhbərlik etdiyi Harvard Universitetinin tədqiqat qrupları da yüksək sürətli, yüksək stabilliyə malik LTOI modulyatorları haqqında məlumat veriblər.
Nazik təbəqəli litium niobatın (LNOI) yaxın qohumu olan LTOI, litium niobatın yüksək sürətli modulyasiya və aşağı itki xüsusiyyətlərini qoruyub saxlayır, eyni zamanda aşağı qiymət, aşağı ikiqat sınma və azaldılmış fotorefraktiv effektlər kimi üstünlüklər təklif edir. İki materialın əsas xüsusiyyətlərinin müqayisəsi aşağıda təqdim olunur.
◆ Litium Tantalat (LTOI) və Litium Niobat (LNOI) arasındakı oxşarlıqlar
①Refraktiv İndeks:2.12 vs 2.21
Bu o deməkdir ki, hər iki materiala əsaslanan tək rejimli dalğaötürücü ölçüləri, əyilmə radiusu və ümumi passiv cihaz ölçüləri çox oxşardır və onların lif birləşdirmə performansı da müqayisə edilə bilər. Yaxşı dalğaötürücü aşındırma ilə hər iki material daxiletmə itkisinə nail ola bilər<0.1 dB/sm3. EPFL dalğaötürücü itkisinin 5.6 dB/m olduğunu bildirir.
②Elektro-optik Əmsal:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
Modulyasiya səmərəliliyi hər iki material üçün müqayisə edilə bilər, modulyasiya Pockels effektinə əsaslanır və yüksək bant genişliyinə imkan verir. Hal-hazırda, LTOI modulyatorları 110 GHz-dən çox bant genişliyi ilə hər zolaqda 400G performans əldə edə bilir.
③Bant boşluğu:3.93 eV və 3.78 eV
Hər iki material geniş şəffaf bir pəncərəyə malikdir və rabitə zolaqlarında udma olmadan görünəndən infraqırmızı dalğa uzunluqlarına qədər tətbiqləri dəstəkləyir.
④İkinci Tərtibli Qeyri-Xətti Əmsal (d33):21:00/V vs 27:00/V
İkinci harmonik generasiya (SHG), fərq-tezlik generasiyası (DFG) və ya cəm-tezlik generasiyası (SFG) kimi qeyri-xətti tətbiqlər üçün istifadə olunarsa, iki materialın çevrilmə səmərəliliyi olduqca oxşar olmalıdır.
◆ LTOI-nin LNOI ilə müqayisədə xərc üstünlüyü
①Aşağı Vafli Hazırlama Xərci
LNOI təbəqələrin ayrılması üçün He ion implantasiyası tələb edir ki, bu da aşağı ionlaşma səmərəliliyinə malikdir. Bunun əksinə olaraq, LTOI, SOI-yə bənzər şəkildə ayrılma üçün H ion implantasiyasından istifadə edir və delaminasiya səmərəliliyi LNOI-dən 10 dəfədən çox yüksəkdir. Bu, 6 düymlük lövhələr üçün əhəmiyyətli qiymət fərqinə səbəb olur: 300 dollar və 2000 dollar, bu da 85% xərc azalması deməkdir.
②Artıq istehlakçı elektronikası bazarında akustik filtrlər üçün geniş istifadə olunur.(İldə 750.000 ədəd, Samsung, Apple, Sony və s. tərəfindən istifadə olunur).
◆ LTOI-nin LNOI ilə müqayisədə Performans Üstünlükləri
①Daha az material qüsuru, daha zəif fotorefraktiv effekt, daha çox sabitlik
Əvvəlcə, LNOI modulyatorları tez-tez dalğaötürən interfeysindəki qüsurlardan qaynaqlanan yük yığılması səbəbindən qərəz nöqtəsi sürüşməsi nümayiş etdirirdi. Müalicə olunmazsa, bu cihazların sabitləşməsi bir günə qədər vaxt apara bilər. Lakin bu problemi həll etmək üçün metal oksid örtüyü, substratın polyarizasiyası və tavlama kimi müxtəlif üsullar hazırlanmışdır ki, bu da bu problemi indi əsasən idarəolunan hala gətirir.
Bunun əksinə olaraq, LTOI-də daha az material qüsuru var və bu da sürüşmə hadisələrinin əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına səbəb olur. Əlavə emal olmadan belə, onun işləmə nöqtəsi nisbətən sabit qalır. Oxşar nəticələr EPFL, Harvard və Zhejiang Universiteti tərəfindən bildirilib. Lakin müqayisə zamanı tez-tez işlənməmiş LNOI modulyatorlarından istifadə olunur ki, bu da tamamilə ədalətli olmaya bilər; emal zamanı hər iki materialın performansı oxşar ola bilər. Əsas fərq LTOI-nin daha az əlavə emal addımı tələb etməsindədir.
②Aşağı Birefringence: 0.004 vs 0.07
Litium niobatın (LNOI) yüksək ikiqat sınması bəzən çətin ola bilər, xüsusən də dalğaötürən əyilmələri rejim birləşməsinə və rejim hibridləşməsinə səbəb ola bilər. Nazik LNOI-də dalğaötürəndəki əyilmə TE işığını qismən TM işığına çevirə bilər və bu da filtrlər kimi müəyyən passiv cihazların istehsalını çətinləşdirir.
LTOI ilə aşağı ikiqat sınma bu problemi aradan qaldırır və potensial olaraq yüksək performanslı passiv cihazların hazırlanmasını asanlaşdırır. EPFL həmçinin nəzərəçarpacaq nəticələr əldə edərək, LTOI-nin aşağı ikiqat sınmasından və rejim kəsişməsinin olmamasından istifadə edərək geniş spektral diapazonda düz dispersiya nəzarəti ilə ultra geniş spektrli elektro-optik tezlikli daraq generasiyasına nail olub. Bu, litium niobatı ilə əldə edilə biləndən bir neçə dəfə böyük olan 2000-dən çox daraq xətti ilə təsirli 450 nm daraq bant genişliyi ilə nəticələndi. Kerr optik tezlikli daraqlarla müqayisədə elektro-optik daraqlar yüksək güclü mikrodalğalı giriş tələb etsələr də, eşiksiz və daha sabit olmaq üstünlüyü təklif edir.
③Daha Yüksək Optik Zərər Həddi
LTOI-nin optik zədələnmə həddi LNOI-dən iki dəfə çoxdur və bu da qeyri-xətti tətbiqlərdə (və potensial olaraq gələcəkdə Koherent Mükəmməl Absorbsiya (CPO) tətbiqlərində) üstünlük təklif edir. Mövcud optik modul güc səviyyələrinin litium niobata zərər verməsi ehtimalı azdır.
④Aşağı Raman Effekti
Bu, qeyri-xətti tətbiqlərə də aiddir. Litium niobatı güclü Raman effektinə malikdir ki, bu da Kerr optik tezlik tarağı tətbiqlərində istənməyən Raman işığının yaranmasına və rəqabət qazanmasına səbəb ola bilər, x-kəsikli litium niobat optik tezlik tarağının soliton vəziyyətinə çatmasının qarşısını alır. LTOI ilə Raman effekti kristal oriyentasiya dizaynı vasitəsilə yatırıla bilər və bu da x-kəsikli LTOI-nin soliton optik tezlik tarağının yaranmasına nail olmasına imkan verir. Bu, soliton optik tezlik tarağının yüksək sürətli modulyatorlarla monolit inteqrasiyasına imkan verir ki, bu da LNOI ilə əldə edilə bilməz.
◆ Niyə nazik təbəqəli litium tantalatı (LTOI) əvvəllər xatırlanmamışdı?
Litium tantalatı litium niobata nisbətən daha aşağı Küri temperaturuna malikdir (610°C vs 1157°C). Heterointeqrasiya texnologiyasının (XOI) inkişafından əvvəl, litium niobat modulyatorları 1000°C-dən yuxarı temperaturda tavlama tələb edən titan diffuziyası istifadə edilərək istehsal olunurdu ki, bu da LTOI-ni yararsız edirdi. Lakin, bu gün modulyator əmələ gətirmək üçün izolyator substratlarından və dalğa ötürücü aşındırmasından istifadəyə doğru dəyişikliklə, 610°C Küri temperaturu kifayətdir.
◆ Nazik Filmli Litium Tantalatı (LTOI) Nazik Filmli Litium Niobatı (TFLN) əvəz edəcəkmi?
Mövcud tədqiqatlara əsasən, LTOI passiv performans, sabitlik və genişmiqyaslı istehsal dəyəri baxımından heç bir aşkar çatışmazlıq olmadan üstünlüklər təklif edir. Bununla belə, LTOI modulyasiya performansında litium niobatı üstələmir və LNOI ilə bağlı sabitlik problemlərinin məlum həlləri var. Rabitə DR modulları üçün passiv komponentlərə minimal tələbat var (və lazım olduqda silikon nitrid istifadə edilə bilər). Bundan əlavə, lövhə səviyyəli aşındırma proseslərini, heterointeqrasiya texnikalarını və etibarlılıq testlərini yenidən qurmaq üçün yeni investisiyalar tələb olunur (litium niobatın aşındırılmasında çətinlik dalğa ötürücüsü deyil, yüksək məhsuldar lövhə səviyyəli aşındırmaya nail olmaq idi). Buna görə də, litium niobatın müəyyən edilmiş mövqeyi ilə rəqabət aparmaq üçün LTOI daha çox üstünlükləri aşkar etməli ola bilər. Lakin akademik olaraq, LTOI oktava diapazonlu elektro-optik daraqlar, PPLT, soliton və AWG dalğa uzunluğu bölmə cihazları və massiv modulyatorları kimi inteqrasiya olunmuş çip sistemləri üçün əhəmiyyətli tədqiqat potensialı təklif edir.
Yazı vaxtı: 08 Noyabr 2024