Танкофилни литијум танталат (ЛТОИ) материјал се појављује као значајна нова сила у области интегрисане оптике. Ове године је објављено неколико радова високог нивоа о ЛТОИ модулаторима, са висококвалитетним ЛТОИ плочицама које је обезбедио професор Ксин Оу са Шангајског института за микросистеме и информационе технологије, и висококвалитетним процесима јеткања таласовода које је развила група професора Кипенберга на ЕПФЛ-у. , Швајцарска. Њихови заједнички напори показали су импресивне резултате. Поред тога, истраживачки тимови са Универзитета Зхејианг на челу са професором Лиу Лиуом и Универзитета Харвард на челу са професором Лончаром су такође известили о брзим, високо стабилним ЛТОИ модулаторима.
Као блиски сродник танкослојног литијум ниобата (ЛНОИ), ЛТОИ задржава модулацију велике брзине и карактеристике малог губитка литијум ниобата, а истовремено нуди предности као што су ниска цена, ниско дволомно преламање и смањени фоторефрактивни ефекти. У наставку је представљено поређење главних карактеристика ова два материјала.
◆ Сличности између литијум танталата (ЛТОИ) и литијум ниобата (ЛНОИ)
①Индекс преламања:2.12 вс 2.21
Ово имплицира да су димензије једномодног таласовода, радијус савијања и уобичајене величине пасивних уређаја заснованих на оба материјала веома слични, а њихове перформансе спајања влакана су такође упоредиве. Са добрим нагризањем таласовода, оба материјала могу постићи губитак уметања од<0,1 дБ/цм. ЕПФЛ извештава о губитку таласовода од 5,6 дБ/м.
②Електро-оптички коефицијент:30,5 пм/В наспрам 30,9 пм/В
Ефикасност модулације је упоредива за оба материјала, са модулацијом заснованом на Покелсовом ефекту, омогућавајући висок пропусни опсег. Тренутно, ЛТОИ модулатори су способни да постигну перформансе од 400Г по траци, са пропусним опсегом већим од 110 ГХз.
③Појасни размак:3,93 еВ наспрам 3,78 еВ
Оба материјала имају широк провидни прозор, који подржава апликације од видљивих до инфрацрвених таласних дужина, без апсорпције у комуникационим опсезима.
④Нелинеарни коефицијент другог реда (д33):21 пм/В наспрам 27 пм/В
Ако се користи за нелинеарне примене као што је генерисање другог хармоника (СХГ), генерисање разлике фреквенције (ДФГ) или генерисање суме фреквенције (СФГ), ефикасност конверзије два материјала би требало да буде прилично слична.
◆ Трошковна предност ЛТОИ у односу на ЛНОИ
①Нижи трошкови припреме вафла
ЛНОИ захтева имплантацију Хе јона за одвајање слојева, који има ниску ефикасност јонизације. Насупрот томе, ЛТОИ користи имплантацију Х јона за одвајање, слично као СОИ, са ефикасношћу одвајања преко 10 пута већом од ЛНОИ. Ово резултира значајном разликом у цени за плочице од 6 инча: 300 УСД у односу на 2000 УСД, смањење трошкова за 85%.
②Већ се широко користи на тржишту потрошачке електронике за акустичне филтере(750.000 јединица годишње, користе Самсунг, Аппле, Сони, итд.).
◆ Предности перформанси ЛТОИ у односу на ЛНОИ
①Мање дефекта материјала, слабији фоторефрактивни ефекат, већа стабилност
У почетку, ЛНОИ модулатори су често показивали померање тачке пристрасности, првенствено због акумулације наелектрисања изазваног дефектима на интерфејсу таласовода. Ако се не лече, овим уређајима би могло бити потребно до једног дана да се стабилизују. Међутим, развијене су различите методе за решавање овог проблема, као што је коришћење облоге од металног оксида, поларизација супстрата и жарење, чиме се овај проблем сада у великој мери може решити.
Насупрот томе, ЛТОИ има мање материјалних недостатака, што доводи до значајно смањеног феномена дрифта. Чак и без додатне обраде, његова радна тачка остаје релативно стабилна. Сличне резултате су објавили ЕПФЛ, Харвард и Универзитет Џеђианг. Међутим, поређење често користи необрађене ЛНОИ модулаторе, што можда није сасвим фер; са обрадом, перформансе оба материјала су вероватно сличне. Главна разлика лежи у ЛТОИ који захтева мање додатних корака обраде.
②Доњи дволом: 0,004 наспрам 0,07
Висока двострука преломност литијум ниобата (ЛНОИ) понекад може бити изазовна, посебно зато што савијања таласовода могу изазвати спајање модова и хибридизацију модова. У танком ЛНОИ, кривина у таласоводу може делимично да претвори ТЕ светлост у ТМ светлост, што компликује производњу одређених пасивних уређаја, попут филтера.
Са ЛТОИ, нижи дволом елиминише овај проблем, потенцијално олакшавајући развој пасивних уређаја високих перформанси. ЕПФЛ је такође известио о запаженим резултатима, користећи ЛТОИ-јев низак дволом и одсуство укрштања модова да би се постигло генерисање ултрашироког спектра електро-оптичких фреквенција са равном контролом дисперзије у широком спектралном опсегу. Ово је резултирало импресивним опсегом од 450 нм са преко 2000 чешљастих линија, неколико пута већим од онога што се може постићи са литијум ниобатом. У поређењу са Керр оптичким фреквенцијским чешљевима, електрооптички чешљеви нуде предност у томе што су без прага и стабилнији, иако захтевају микроталасни улаз велике снаге.
③Виши праг оптичког оштећења
Праг оптичког оштећења ЛТОИ је двоструко већи од ЛНОИ, што нуди предност у нелинеарним апликацијама (и потенцијално будућим апликацијама кохерентне савршене апсорпције (ЦПО)). Мало је вероватно да ће тренутни нивои снаге оптичког модула оштетити литијум ниобат.
④Низак Раманов ефекат
Ово се такође односи на нелинеарне апликације. Литијум ниобат има снажан Раманов ефекат, који у применама Керровог оптичког фреквентног чешља може довести до нежељеног стварања Раман светлости и добити конкуренцију, спречавајући к-цут чешљеве оптичке фреквенције литијум ниобата да дођу у стање солитона. Са ЛТОИ, Раманов ефекат се може потиснути кроз дизајн кристалне оријентације, омогућавајући к-цут ЛТОИ да постигне генерисање солитонског оптичког фреквентног чешља. Ово омогућава монолитну интеграцију солитонских оптичких фреквентних чешља са модулаторима велике брзине, што се не може постићи са ЛНОИ.
◆ Зашто се раније није помињао танкослојни литијум танталат (ЛТОИ)?
Литијум танталат има нижу Киријеву температуру од литијум ниобата (610°Ц наспрам 1157°Ц). Пре развоја технологије хетероинтеграције (КСОИ), модулатори литијум ниобата су произведени коришћењем титанијумске дифузије, која захтева жарење на преко 1000°Ц, што ЛТОИ чини неприкладним. Међутим, са данашњим померањем ка коришћењу изолаторских супстрата и таласовода за формирање модулатора, Киријева температура од 610°Ц је више него довољна.
◆ Да ли ће танкослојни литијум танталат (ЛТОИ) заменити танкослојни литијум ниобат (ТФЛН)?
На основу тренутних истраживања, ЛТОИ нуди предности у пасивним перформансама, стабилности и трошковима производње великих размера, без очигледних недостатака. Међутим, ЛТОИ не надмашује литијум ниобат у перформансама модулације, а проблеми стабилности са ЛНОИ имају позната решења. За комуникационе ДР модуле постоји минимална потражња за пасивним компонентама (и силицијум нитрид би се могао користити ако је потребно). Поред тога, потребне су нове инвестиције да би се поново успоставили процеси јеткања на нивоу плочице, технике хетероинтеграције и тестирање поузданости (потешкоћа са јеткањем литијум ниобата није била у таласоводу, већ у постизању јеткања на нивоу плочице високог приноса). Стога, да би се такмичио са утврђеном позицијом литијум ниобата, ЛТОИ ће можда морати да открије даље предности. Академски, међутим, ЛТОИ нуди значајан истраживачки потенцијал за интегрисане системе на чипу, као што су електрооптички чешљеви са октавом, ППЛТ, солитонски и АВГ уређаји за поделу таласне дужине и модулатори низа.
Време поста: 08.11.2024