Dunfilm-litiumtantalaat (LTOI)-materiaal is besig om na vore te tree as 'n beduidende nuwe krag in die geïntegreerde optika-veld. Vanjaar is verskeie hoëvlak-werke oor LTOI-modulators gepubliseer, met hoëgehalte-LTOI-wafers wat deur professor Xin Ou van die Sjanghai Instituut vir Mikrostelsels en Inligtingstegnologie verskaf is, en hoëgehalte-golfgeleier-etsprosesse wat deur professor Kippenberg se groep by EPFL, Switserland, ontwikkel is. Hul samewerkingspogings het indrukwekkende resultate opgelewer. Daarbenewens het navorsingspanne van die Zhejiang Universiteit onder leiding van professor Liu Liu en Harvard Universiteit onder leiding van professor Loncar ook verslag gedoen oor hoëspoed-, hoë-stabiliteit-LTOI-modulators.
As 'n noue verwant van dunfilm-litiumniobat (LNOI), behou LTOI die hoëspoed-modulasie- en lae-verlies-eienskappe van litiumniobat, terwyl dit ook voordele bied soos lae koste, lae dubbelbreking en verminderde fotorefraktiewe effekte. 'n Vergelyking van die hoofeienskappe van die twee materiale word hieronder aangebied.
◆ Ooreenkomste tussen Litiumtantalaat (LTOI) en Litiumniobat (LNOI)
①Brekingsindeks:2.12 teenoor 2.21
Dit impliseer dat die enkelmodus-golfgeleierafmetings, buigradius en algemene passiewe toestelgroottes gebaseer op beide materiale baie soortgelyk is, en hul veselkoppelingsprestasie is ook vergelykbaar. Met goeie golfgeleier-etsing kan beide materiale 'n invoegverlies van ... bereik.<0.1 dB/cm. EPFL rapporteer 'n golfgeleierverlies van 5.6 dB/m.
②Elektro-optiese koëffisiënt:30.5 nm/V teenoor 30.9 nm/V
Die modulasie-effektiwiteit is vergelykbaar vir beide materiale, met modulasie gebaseer op die Pockels-effek, wat hoë bandwydte moontlik maak. Tans is LTOI-modulators in staat om 400G per baan-prestasie te behaal, met 'n bandwydte van meer as 110 GHz.
③Bandgaping:3.93 eV teenoor 3.78 eV
Beide materiale het 'n wye deursigtige venster, wat toepassings van sigbare tot infrarooi golflengtes ondersteun, sonder absorpsie in die kommunikasiebande.
④Tweede-orde nie-lineêre koëffisiënt (d33):21 nm/V teenoor 27 nm/V
Indien dit gebruik word vir nie-lineêre toepassings soos tweede harmoniese generasie (SHG), verskilfrekwensiegenerasie (DFG) of somfrekwensiegenerasie (SFG), behoort die omskakelingsdoeltreffendhede van die twee materiale redelik soortgelyk te wees.
◆ Kostevoordeel van LTOI teenoor LNOI
①Laer Wafer Voorbereidingskoste
LNOI vereis He-iooninplanting vir laagskeiding, wat lae ionisasie-effektiwiteit het. In teenstelling hiermee gebruik LTOI H-iooninplanting vir skeiding, soortgelyk aan SOI, met 'n delaminasie-effektiwiteit wat meer as 10 keer hoër is as LNOI. Dit lei tot 'n beduidende prysverskil vir 6-duim-wafers: $300 teenoor $2000, 'n kostevermindering van 85%.
②Dit word reeds wyd gebruik in die verbruikerselektronika-mark vir akoestiese filters.(750 000 eenhede jaarliks, gebruik deur Samsung, Apple, Sony, ens.).
◆ Prestasievoordele van LTOI teenoor LNOI
①Minder Materiaaldefekte, Swakker Fotorefraktiewe Effek, Meer Stabiliteit
Aanvanklik het LNOI-modulators dikwels voorspanningspuntdrywing getoon, hoofsaaklik as gevolg van ladingophoping wat veroorsaak word deur defekte by die golfgeleier-koppelvlak. Indien onbehandeld, kan hierdie toestelle tot 'n dag neem om te stabiliseer. Verskeie metodes is egter ontwikkel om hierdie probleem aan te spreek, soos die gebruik van metaaloksiedbekleding, substraatpolarisasie en uitgloeiing, wat hierdie probleem nou grootliks hanteerbaar maak.
In teenstelling hiermee het LTOI minder materiaaldefekte, wat lei tot aansienlik verminderde dryfverskynsels. Selfs sonder addisionele verwerking bly die bedryfspunt relatief stabiel. Soortgelyke resultate is deur EPFL, Harvard en Zhejiang Universiteit gerapporteer. Die vergelyking gebruik egter dikwels onbehandelde LNOI-modulators, wat dalk nie heeltemal billik is nie; met verwerking is die werkverrigting van beide materiale waarskynlik soortgelyk. Die hoofverskil lê daarin dat LTOI minder addisionele verwerkingsstappe benodig.
②Laer Dubbelbreking: 0.004 teenoor 0.07
Die hoë dubbelbreking van litiumniobat (LNOI) kan soms uitdagend wees, veral omdat golfgeleierbuigings moduskoppeling en modushibridisering kan veroorsaak. In dun LNOI kan 'n buiging in die golfgeleier TE-lig gedeeltelik in TM-lig omskakel, wat die vervaardiging van sekere passiewe toestelle, soos filters, bemoeilik.
Met LTOI elimineer die laer dubbelbreking hierdie probleem, wat dit moontlik makliker maak om hoëprestasie-passiewe toestelle te ontwikkel. EPFL het ook noemenswaardige resultate gerapporteer, wat LTOI se lae dubbelbreking en afwesigheid van moduskruising benut om ultra-wye-spektrum elektro-optiese frekwensiekamgenerering met plat verspreidingsbeheer oor 'n wye spektrale reeks te bereik. Dit het gelei tot 'n indrukwekkende kambandwydte van 450 nm met meer as 2000 kamlyne, 'n paar keer groter as wat met litiumniobaat bereik kan word. In vergelyking met Kerr optiese frekwensiekamme, bied elektro-optiese kamme die voordeel dat hulle drempelvry en meer stabiel is, hoewel hulle 'n hoë-krag mikrogolfoondinvoer benodig.
③Hoër Optiese Skade Drempel
Die optiese skadedrempel van LTOI is twee keer dié van LNOI, wat 'n voordeel bied in nie-lineêre toepassings (en moontlik toekomstige Koherente Perfekte Absorpsie (CPO) toepassings). Huidige optiese module-kragvlakke sal waarskynlik nie litiumniobat beskadig nie.
④Lae Raman-effek
Dit geld ook vir nie-lineêre toepassings. Litiumniobat het 'n sterk Raman-effek, wat in Kerr optiese frekwensiekamtoepassings kan lei tot ongewenste Raman-ligopwekking en kompetisie kan veroorsaak, wat verhoed dat x-snit litiumniobat optiese frekwensiekamme die soliton-toestand bereik. Met LTOI kan die Raman-effek onderdruk word deur kristal-oriëntasie-ontwerp, wat x-snit LTOI toelaat om soliton optiese frekwensiekamopwekking te bereik. Dit maak die monolitiese integrasie van soliton optiese frekwensiekamme met hoëspoed-modulators moontlik, 'n prestasie wat nie met LNOI haalbaar is nie.
◆ Waarom is dunfilm-litiumtantalaat (LTOI) nie vroeër genoem nie?
Litiumtantalaat het 'n laer Curie-temperatuur as litiumniobat (610°C teenoor 1157°C). Voor die ontwikkeling van heterointegrasietegnologie (XOI) is litiumniobatmodulators vervaardig met behulp van titaandiffusie, wat uitgloeiing by meer as 1000°C vereis, wat LTOI ongeskik maak. Met vandag se verskuiwing na die gebruik van isolatorsubstrate en golfgeleier-etsing vir modulatorvorming, is 'n Curie-temperatuur van 610°C egter meer as voldoende.
◆ Sal dunfilm-litiumtantalaat (LTOI) dunfilm-litiumniobat (TFLN) vervang?
Gebaseer op huidige navorsing bied LTOI voordele in passiewe werkverrigting, stabiliteit en grootskaalse produksiekoste, sonder enige ooglopende nadele. LTOI oortref egter nie litiumniobat in modulasiewerkverrigting nie, en stabiliteitsprobleme met LNOI het bekende oplossings. Vir kommunikasie-DR-modules is daar minimale vraag na passiewe komponente (en silikonnitried kan gebruik word indien nodig). Daarbenewens is nuwe beleggings nodig om wafervlak-etsprosesse, heterointegrasietegnieke en betroubaarheidstoetsing te herstel (die probleem met litiumniobat-etsing was nie die golfgeleier nie, maar die bereiking van hoë-opbrengs wafervlak-etsing). Om dus met litiumniobat se gevestigde posisie mee te ding, moet LTOI moontlik verdere voordele ontdek. Akademies bied LTOI egter beduidende navorsingspotensiaal vir geïntegreerde op-skyfie-stelsels, soos oktaaf-omspannende elektro-optiese kamme, PPLT, soliton- en AWG-golflengtedelingstoestelle, en skikkingsmodulators.
Plasingstyd: 8 Nov 2024