Film meheko litio tantalatoa (LTOI): Abiadura Handiko modulatzaileentzako hurrengo izarra?

Film meheko litio tantalatoa (LTOI) materiala optika integratuaren eremuan indar berri garrantzitsu gisa sortzen ari da. Aurten, LTOI modulatzaileei buruzko goi-mailako hainbat lan argitaratu dira, Shanghaiko Mikrosistemen eta Informazio Teknologien Institutuko Xin Ou irakasleak emandako kalitate handiko LTOI obleekin eta Kippenberg irakaslearen taldeak EPFL-n garatutako kalitate handiko uhin-gidak grabatzeko prozesuekin. , Suitza. Haien lankidetza ahaleginek emaitza ikusgarriak erakutsi dituzte. Gainera, Liu Liu irakasleak zuzendutako Zhejiang Unibertsitateko eta Loncar irakasleak zuzendutako Harvard Unibertsitateko ikerketa taldeek abiadura handiko eta egonkortasun handiko LTOI modulatzaileen berri ere eman dute.

Film meheko litio-niobatoaren (LNOI) senide hurbila denez, LTOI-k litio-niobatoaren abiadura handiko modulazioa eta galera baxuko ezaugarriak mantentzen ditu, eta, aldi berean, abantailak eskaintzen ditu, hala nola, kostu baxua, birefringentzia txikia eta efektu fotorrefraktibo murriztua. Jarraian, bi materialen ezaugarri nagusien konparaketa aurkezten da.

微信图片_20241106164015

◆ Litio tantalatoa (LTOI) eta litio niobatoa (LNOI) arteko antzekotasunak
Errefrakzio-indizea:2.12 vs 2.21
Horrek esan nahi du modu bakarreko uhin-gidaren dimentsioak, okertze-erradioa eta bi materialetan oinarritutako ohiko gailu pasiboen tamainak oso antzekoak direla eta haien zuntz-akoplamenduaren errendimendua ere konparagarria dela. Uhin-gidaren grabaketa onarekin, bi materialek txertatze-galera lor dezakete<0,1 dB/cm. EPFL-k 5,6 dB/m-ko uhin-gidaren galera jakinarazi du.

Koefiziente elektrooptikoa:30.5/V vs 30.9/V
Modulazio-eraginkortasuna bi materialen parekoa da, Pockels efektuan oinarritutako modulazioa, banda zabalera handia ahalbidetuz. Gaur egun, LTOI modulatzaileak errei bakoitzeko 400G-ko errendimendua lortzeko gai dira, 110 GHz-ko banda-zabalerarekin.

微信图片_20241106164942
微信图片_20241106165200

Bandgap:3,93 eV vs 3,78 eV
Bi materialek leiho garden zabala dute, eta ikusgai dauden uhin-luzera infragorrietarako aplikazioak onartzen dituzte, komunikazio-bandetan xurgapenik gabe.

Bigarren mailako koefiziente ez-lineala (d33):21:00/V vs 27:00/V
Aplikazio ez-linealetarako erabiltzen bada, hala nola, bigarren harmonikoen sorkuntza (SHG), diferentzia-maiztasun-sorkuntza (DFG) edo batura-maiztasun-sorkuntza (SFG), bi materialen bihurtze-eraginkortasunak nahiko antzekoak izan behar dira.

◆ Kostu abantaila LTOI vs LNOI
Ostia prestatzeko kostu txikiagoa
LNOI-k He ioiak ezartzea eskatzen du geruzak bereizteko, ionizazio-eraginkortasun baxua duena. Aitzitik, LTOI-k H ioien inplantazioa erabiltzen du bereizteko, SOI-ren antzera, LNOI baino 10 aldiz gehiagoko delaminazio-eraginkortasunarekin. Honen ondorioz, prezio-aldea nabarmena da 6 hazbeteko obleen: 300 $ vs. 2000 $, kostuen % 85 murriztea.

微信图片_20241106165545

Dagoeneko oso erabilia da kontsumo elektronikoaren merkatuan iragazki akustikoetarako(750.000 unitate urtero, Samsung, Apple, Sony, etab.ek erabiltzen dituzte).

微信图片_20241106165539

◆ LTOI eta LNOIren errendimendu abantailak
Material akats gutxiago, efektu fotoerrefraktibo ahulagoa, egonkortasun handiagoa
Hasieran, LNOI modulatzaileek maiz erakusten zuten alborapen-puntuaren noraeza, batez ere uhin-gidaren interfazean akatsek eragindako karga metaketaren ondorioz. Tratatu ezean, gailu hauek egun bat behar izan dezakete egonkortzeko. Hala ere, arazo honi aurre egiteko hainbat metodo garatu ziren, hala nola, metal oxidoen estaldura, substratuaren polarizazioa eta errekostea erabiltzea, arazo hau neurri handi batean kudeatu ahal izateko.
Aitzitik, LTOIk akats material gutxiago ditu, eta ondorioz, nabarmen murrizten dira noraeza fenomenoak. Prozesatu gehigarririk gabe ere, bere funtzionamendu-puntua nahiko egonkorra izaten jarraitzen du. Antzeko emaitzak EPFL, Harvard eta Zhejiang Unibertsitateak jakinarazi dituzte. Hala ere, konparaketak askotan tratatu gabeko LNOI modulatzaileak erabiltzen ditu, agian guztiz bidezkoak ez direnak; prozesatuarekin, bi materialen errendimendua antzekoa da ziurrenik. Desberdintasun nagusia LTOI-k prozesatzeko urrats gehigarri gutxiago eskatzen duela da.

微信图片_20241106165708

Birefingentzia txikiagoa: 0,004 vs 0,07
Litio niobatoaren (LNOI) birefringentzia handia erronka izan daiteke batzuetan, batez ere uhin-gidaren bihurguneek modu akoplamendua eta modu hibridazioa eragin ditzaketelako. LNOI mehean, uhin-gidaren bihurgune batek TE argia TM argi bihur dezake partzialki, gailu pasibo batzuen fabrikazioa zailduz, iragazkiak adibidez.
LTOI-rekin, birefingentzia txikiagoak arazo hau ezabatzen du, errendimendu handiko gailu pasiboak garatzea erraztuz. EPFL-k ere emaitza nabarmenak eman ditu, LTOI-ren birefringentzia baxua eta gurutzaketa-modurik eza aprobetxatuz, espektro ultra zabaleko frekuentzia elektrooptikoko maiztasun-orraziaren sorkuntza lortzeko dispertsio-kontrol lauarekin espektro-eremu zabal batean. Honek 450 nm-ko orraziaren banda-zabalera ikusgarria lortu zuen, 2000 orrazi-lerro baino gehiagorekin, litio-niobatoarekin lor daitekeena baino hainbat aldiz handiagoa. Kerr-en maiztasun optikoko orraziekin alderatuta, orrazi elektro-optikoek atalaserik gabeko eta egonkorragoak izatearen abantaila eskaintzen dute, nahiz eta potentzia handiko mikrouhin-sarrera behar duten.

微信图片_20241106165804
微信图片_20241106165823

Kalte optikoen atalase handiagoa
LTOIren kalte optikoen atalasea LNOIaren bikoitza da, eta abantaila bat eskaintzen du aplikazio ez-linealetan (eta etorkizuneko Absortzio Perfektu Koherentea (CPO) aplikazioetan). Gaur egungo modulu optikoen potentzia-mailek nekez kaltetuko dute litio-niobatoa.
Raman efektu baxua
Hau aplikazio ez-linealei dagokie ere. Litio-niobatoak Raman efektu handia du, Kerr-en maiztasun optikoko orrazien aplikazioetan nahi ez den Raman argia sortzea eta lehia irabaztea eragin dezakeena, x-cut litio-niobato-maiztasun optikoko orraziak soliton egoerara heltzea eragotziz. LTOI-rekin, Raman efektua kristalezko orientazio diseinuaren bidez kendu daiteke, x-cut LTOI-k soliton maiztasun optikoko orrazia sortzeko aukera emanez. Honek abiadura handiko modulagailuekin ohiko maiztasun optikoko orrazien integrazio monolitikoa ahalbidetzen du, LNOIrekin lor ez den balentria.
◆ Zergatik ez zen aipatu film meheko litio tantalatoa (LTOI) lehenago?
Litio tantalatoak Curie tenperatura baxuagoa du litio niobatoak baino (610 °C vs. 1157 °C). Heterointegrazio-teknologia (XOI) garatu aurretik, litio-niobato-moduladoreak titanio-difusioa erabiliz fabrikatzen ziren, eta horrek 1000 °C baino gehiagotan erretiroa behar du, LTOI desegoki bihurtuz. Hala eta guztiz ere, gaur egungo substratu isolatzaileak eta uhin-gidaren grabaketa modulatzaileak eratzeko erabiltzen direnez, 610 °C Curie tenperatura nahikoa da.
◆ Film meheko litio tantalatoa (LTOI) ordezkatuko al du film meheko litio niobatoa (TFLN)?
Gaur egungo ikerketetan oinarrituta, LTOI-k abantailak eskaintzen ditu errendimendu pasiboan, egonkortasunean eta eskala handiko ekoizpen kostuan, itxurazko eragozpenik gabe. Hala ere, LTOIk ez du litio niobatoa gainditzen modulazio-errendimenduan, eta LNOI-ren egonkortasun arazoek irtenbide ezagunak dituzte. Komunikazio DR moduluetarako, osagai pasiboen eskaria minimoa dago (eta behar izanez gero silizio nitruroa erabil daiteke). Horrez gain, inbertsio berriak behar dira obleen mailako grabatze-prozesuak, heterointegrazio-teknikak eta fidagarritasun-probak berrezartzeko (litio-niobatoko grabaketaren zailtasuna ez zen uhin-gida izan, errendimendu handiko oblea-mailako grabazioa lortzea baizik). Hori dela eta, litio niobatoaren ezarritako posizioarekin lehiatzeko, baliteke LTOIk abantaila gehiago aurkitu behar izatea. Akademikoki, ordea, LTOI-k ikerketa-potentzial handia eskaintzen du txip-en sistema integratuetarako, hala nola zortzidunen arteko orrazi elektro-optikoak, PPLT, soliton eta AWG uhin-luzera zatitzeko gailuak eta array modulatzaileak.


Argitalpenaren ordua: 2024-12-08