Litio tantalatozko film meheko (LTOI) materiala indar berri eta esanguratsu gisa agertzen ari da optika integratuaren arloan. Aurten, LTOI modulatzaileei buruzko hainbat lan argitaratu dira, Xin Ou irakasleak Shanghaiko Mikrosistema eta Informazio Teknologia Institutuko kalitate handiko LTOI obleak eta Kippenberg irakaslearen taldeak Suitzako EPFLn garatutako kalitate handiko uhin-gida grabatzeko prozesuak barne. Haien ahalegin bateratuek emaitza ikusgarriak erakutsi dituzte. Horrez gain, Liu Liu irakasleak zuzendutako Zhejiang Unibertsitateko eta Loncar irakasleak zuzendutako Harvard Unibertsitateko ikerketa taldeek ere abiadura handiko eta egonkortasun handiko LTOI modulatzaileei buruzko txostenak eman dituzte.
Film meheko litio niobatoaren (LNOI) senide hurbil gisa, LTOI-k litio niobatoaren modulazio-abiadura handiko eta galera txikiko ezaugarriak mantentzen ditu, kostu baxua, birrefrinjentzia baxua eta fotoerrefrakzio-efektu murriztuak bezalako abantailak ere eskaintzen ditu. Bi materialen ezaugarri nagusien alderaketa bat aurkezten da jarraian.
◆ Litio tantalatoaren (LTOI) eta litio niobatoaren (LNOI) arteko antzekotasunak
1.Errefrakzio-indizea:2.12 2.21aren aurka
Horrek esan nahi du bi materialen araberako uhin-gida bakarreko neurriak, tolestura-erradioa eta gailu pasibo arrunten tamaina oso antzekoak direla, eta haien zuntz-akoplamenduaren errendimendua ere konparagarria dela. Uhin-gida grabatu onarekin, bi materialek txertatze-galera lor dezakete<0,1 dB/cm. EPFL-k 5,6 dB/m-ko uhin-gidaren galera jakinarazi du.
②Koefiziente elektro-optikoa:30,5 pm/V vs 30,9 pm/V
Modulazio-eraginkortasuna konparagarria da bi materialen kasuan, Pockels efektuan oinarritutako modulazioa delarik, banda-zabalera handia ahalbidetuz. Gaur egun, LTOI modulatzaileek 400G-ko errendimendua lortzeko gai dira errei bakoitzeko, 110 GHz-tik gorako banda-zabalerarekin.
③Banda-tartea:3,93 eV 3,78 eV-ren aurka
Bi materialek leiho garden zabala dute, uhin-luzera ikusgaietatik infragorrietarainoko aplikazioak onartzen dituztenak, komunikazio-bandetan xurgapenik gabe.
④Bigarren mailako koefiziente ez-lineala (d33):21:00ak/V vs 27:00ak/V
Bigarren harmonikoen sorrera (SHG), maiztasun-diferentzia sorrera (DFG) edo maiztasun-batura sorrera (SFG) bezalako aplikazio ez-linealetarako erabiltzen bada, bi materialen bihurketa-eraginkortasunak nahiko antzekoak izan beharko lirateke.
◆ LTOIren eta LNOIren kostu-abantaila
1.Oblea prestatzeko kostu txikiagoa
LNOI-k He ioien inplantazioa behar du geruzen bereizketarako, eta horrek ionizazio-eraginkortasun baxua du. Aldiz, LTOI-k H ioien inplantazioa erabiltzen du bereizketarako, SOI-ren antzekoa, eta delaminazio-eraginkortasun handiagoa du LNOI-k baino. Horrek prezio-aldea nabarmena dakar 6 hazbeteko obleen artean: 300 $ vs. 2000 $, hau da, % 85eko kostu-murrizketa.
②Kontsumo-elektronikako merkatuan asko erabiltzen da dagoeneko iragazki akustikoetarako.(750.000 unitate urtero, Samsung, Apple, Sony eta abarrek erabiltzen dituztenak).
◆ LTOIren eta LNOIren errendimendu-abantailak
1.Material akats gutxiago, efektu fotoerrefraktibo ahulagoa, egonkortasun handiagoa
Hasieran, LNOI modulatzaileek askotan polarizazio-puntuaren desbideratzea erakusten zuten, batez ere uhin-gidaren interfazearen akatsek eragindako karga-metaketaren ondorioz. Tratatzen ez badira, gailu hauek egun bat behar izan zezaketen egonkortzeko. Hala ere, hainbat metodo garatu ziren arazo hau konpontzeko, hala nola metal oxidozko estaldura, substratuaren polarizazioa eta erreketa, arazo hau neurri handi batean kudeagarria bihurtuz orain.
Aldiz, LTOI-k material-akats gutxiago ditu, eta horrek nabarmen murrizten du noraeza-fenomenoa. Prozesaketa gehigarririk gabe ere, bere funtzionamendu-puntua nahiko egonkorra da. Antzeko emaitzak jakinarazi dituzte EPFL-k, Harvard-ek eta Zhejiang Unibertsitateak. Hala ere, konparaketak askotan tratatu gabeko LNOI modulatzaileak erabiltzen ditu, eta hori ez da guztiz bidezkoa izango; prozesatzean, bi materialen errendimendua antzekoa da ziurrenik. Desberdintasun nagusia LTOI-k prozesatzeko urrats gehigarri gutxiago behar dituela da.
②Birrefrinkzio txikiagoa: 0,004 vs 0,07
Litio niobatoaren (LNOI) birrefrinjentzia handia erronka bat izan daiteke batzuetan, batez ere uhin-gidaren kurbek moduen akoplamendua eta moduen hibridazioa eragin ditzaketelako. LNOI mehean, uhin-gidaren kurbadura batek TE argia TM argi bihur dezake partzialki, eta horrek zenbait gailu pasiboren fabrikazioa zailtzen du, hala nola iragazkiena.
LTOI-rekin, birrefrinkzio txikiagoak arazo hau ezabatzen du, eta horrek errendimendu handiko gailu pasiboak garatzea errazten du. EPFL-k ere emaitza nabarmenak eman ditu, LTOI-ren birrefrinkzio baxua eta modu-gurutzaketa eza aprobetxatuz espektro ultra-zabaleko maiztasun-orrazi elektro-optikoaren sorrera lortzeko, espektro-tarte zabal batean zehar dispertsio-kontrol laua duena. Horri esker, 450 nm-ko orrazien banda-zabalera ikusgarria lortu da, 2000 orrazien lerro baino gehiagorekin, litio niobatoarekin lor daitekeena baino hainbat aldiz handiagoa. Kerr-en maiztasun-orrazien aldean, orrazien elektro-optikoek atalase gabeko eta egonkorragoak izatearen abantaila dute, nahiz eta potentzia handiko mikrouhin-sarrera bat behar duten.
③Kalte Optikoen Atalase Handiagoa
LTOI-ren kalte optikoen atalasea LNOI-rena baino bikoitza da, eta abantaila bat eskaintzen du aplikazio ez-linealetan (eta etorkizuneko Coherent Perfect Absorption (CPO) aplikazioetan). Gaur egungo modulu optikoen potentzia-mailek ez dute litio niobatoa kaltetuko.
④Raman efektu baxua
Honek aplikazio ez-linealekin ere eragina du. Litio niobatoak Raman efektu sendoa du, eta Kerr maiztasun-orrazi optikoen aplikazioetan nahi ez den Raman argiaren sorrera eta lehia irabaztea eragin dezake, x ebakidurako litio niobato maiztasun-orrazi optikoek solitoi egoerara iristea eragotziz. LTOIrekin, Raman efektua kristalaren orientazio-diseinuaren bidez kendu daiteke, x ebakidurako LTOIk solitoi maiztasun-orrazi optikoen sorrera lortzeko aukera emanez. Horri esker, solitoi maiztasun-orrazi optikoen integrazio monolitikoa abiadura handiko modulatzaileekin egin daiteke, LNOIrekin lor ezin den balentria.
◆ Zergatik ez zen lehenago aipatu film meheko litio tantalatoa (LTOI)?
Litio tantalatoak litio niobatoak baino Curie tenperatura baxuagoa du (610 °C vs. 1157 °C). Heterointegrazio teknologia (XOI) garatu aurretik, litio niobato modulatzaileak titanio difusioa erabiliz fabrikatzen ziren, eta horrek 1000 °C-tik gorako errekuntza behar du, LTOI desegokia bihurtuz. Hala ere, gaur egun isolatzaile substratuak eta uhin-gida grabatzea modulatzaileak eratzeko erabiltzen ari direnez, 610 °C-ko Curie tenperatura nahikoa baino gehiago da.
◆ Litio tantalatozko film meheak (LTOI) litio niobatozko film mehea (TFLN) ordezkatuko al du?
Gaur egungo ikerketen arabera, LTOI-k abantailak eskaintzen ditu errendimendu pasiboan, egonkortasunean eta eskala handiko ekoizpen-kostuan, eragozpen nabarmenik gabe. Hala ere, LTOI-k ez du litio niobatoa gainditzen modulazio-errendimenduan, eta LNOI-rekin dauden egonkortasun-arazoek irtenbide ezagunak dituzte. Komunikazio-DR moduluetarako, osagai pasiboen eskaera minimoa dago (eta silizio nitruroa erabil daiteke behar izanez gero). Horrez gain, inbertsio berriak behar dira oblea-mailako grabatze-prozesuak, heterointegrazio-teknikak eta fidagarritasun-probak berrezartzeko (litio niobatoaren grabatzearen zailtasuna ez zen uhin-gida, baizik eta errendimendu handiko oblea-mailako grabatzea lortzea). Beraz, litio niobatoaren posizio finkatuarekin lehiatzeko, LTOI-k abantaila gehiago aurkitu beharko ditu. Akademikoki, ordea, LTOI-k ikerketa-potentzial handia eskaintzen du txipean integratutako sistemarentzat, hala nola oktaba-hedadurako orrazi elektro-optikoak, PPLT, solitoi eta AWG uhin-luzera banatzeko gailuak eta matrize-modulatzaileak.
Argitaratze data: 2024ko azaroaren 8a