Dënn-Film Lithium Tantalat (LTOI): Déi nächst Stär Material fir Héich-Vitesse Modulators?

Dënn-Film Lithium Tantalat (LTOI) Material entsteet als eng bedeitend nei Kraaft am integréierten Optikfeld. Dëst Joer sinn e puer héichwäerteg Wierker iwwer LTOI Modulatoren publizéiert ginn, mat héichqualitativen LTOI Wafere geliwwert vum Professer Xin Ou vum Shanghai Institut fir Mikrosystem an Informatiounstechnologie, a qualitativ héichwäerteg Waveguide Ätzprozesser entwéckelt vum Professer Kippenberg senger Grupp bei EPFL , Schwäiz. Hir Zesummenaarbecht Efforten hunn beandrockend Resultater gewisen. Zousätzlech hunn d'Fuerschungsteams vun der Zhejiang Universitéit gefouert vum Professer Liu Liu an der Harvard University gefouert vum Professer Loncar och iwwer High-Speed-, High-Stabilitéit LTOI-Modulatoren gemellt.

Als enk Famill vun dënn-Film Lithium niobate (LNOI), LTOI behält der Héich-Vitesse Modulatioun an niddereg-Verloscht Charakteristiken vun Lithium niobate iwwerdeems och Virdeeler ubitt wéi niddreg Käschten, niddereg birefringence, a reduzéiert photorefractive Effekter. E Verglach vun den Haaptcharakteristike vun deenen zwee Materialien gëtt hei ënnen presentéiert.

微信图片_20241106164015

◆ Ähnlechkeeten tëscht Lithium Tantalat (LTOI) a Lithium Niobate (LNOI)
Refraktiounsindex:2.12 vs 2.21
Dëst implizéiert datt d'Single-Modus Waveguide Dimensiounen, Béie Radius, a gemeinsame passive Gerätergréissten op Basis vu béide Materialien ganz ähnlech sinn, an hir Faserkupplungsleistung ass och vergläichbar. Mat gutt Waveguide Äss, souwuel Material kann eng Aféierung Verloscht vun erreechen<0,1 dB/cm. EPFL bericht e Welleguideverloscht vu 5,6 dB/m.

Elektro-optesch Koeffizient:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
D'Modulatiounseffizienz ass vergläichbar fir béid Materialien, mat Modulatioun baséiert op dem Pockels Effekt, wat eng héich Bandbreedung erlaabt. De Moment sinn LTOI Modulatoren fäeg 400G pro Spuerleistung z'erreechen, mat enger Bandbreedung iwwer 110 GHz.

微信图片_20241106164942
微信图片_20241106165200

Bandgap:3.93 eV vs 3.78 eV
Béid Materialien hunn eng breet transparent Fënster, ënnerstëtzen Uwendungen vu siichtbar bis Infraroutwellenlängen, ouni Absorptioun an de Kommunikatiounsbänner.

Second-Order Nonlinear Coefficient (d33):21:00 / V vs 27:00 / V
Wann benotzt fir net-linear Uwendungen wéi zweet Harmonie Generatioun (SHG), Differenz-Frequenz Generatioun (DFG), oder Sum-Frequenz Generatioun (SFG), sollen d'Konversioun Effizienz vun den zwee Materialien zimlech ähnlech sinn.

◆ Käschte Virdeel vun LTOI vs LNOI
Ënneschten Wafer Virbereedung Käschten
LNOI verlaangt He Ion Implantatioun fir Layer Trennung, déi niddereg Ioniséierung Effizienz huet. Am Géigesaz, benotzt LTOI H Ionimplantatioun fir Trennung, ähnlech wéi SOI, mat enger Delaminatiounseffizienz iwwer 10 Mol méi héich wéi LNOI. Dëst resultéiert an engem bedeitende Präis Ënnerscheed fir 6-Zoll wafers: $ 300 vs $ 2000, eng 85% Käschtenreduktioun.

微信图片_20241106165545

Et ass scho vill am Konsumentelektronik Maart fir akustesch Filtere benotzt(750.000 Unitéiten jäerlech, benotzt vu Samsung, Apple, Sony, etc.).

微信图片_20241106165539

◆ Leeschtung Virdeeler vun LTOI vs LNOI
Manner Materialdefekter, méi schwaach Photorefractive Effekt, Méi Stabilitéit
Am Ufank hunn LNOI Modulatoren dacks Biaspunktdrift ausgestallt, haaptsächlech wéinst der Ladungakkumulatioun verursaacht duerch Mängel am Welleguide-Interface. Wann onbehandelt, kënnen dës Apparater bis zu engem Dag daueren fir ze stabiliséieren. Wéi och ëmmer, verschidde Methoden goufen entwéckelt fir dëst Thema unzegoen, sou wéi d'Benotzung vu Metalloxidbekleedung, Substratpolariséierung, an Ausglühung, wat dëse Problem elo gréisstendeels manéierbar mécht.
Am Géigesaz huet LTOI manner materiell Mängel, wat zu wesentlech reduzéierter Driftphenomener féiert. Och ouni zousätzlech Veraarbechtung bleift säi Betribspunkt relativ stabil. Ähnlech Resultater goufen vun EPFL, Harvard, an Zhejiang University gemellt. Allerdéngs benotzt de Verglach oft onbehandelt LNOI Modulatoren, déi vläicht net ganz fair sinn; mat der Veraarbechtung ass d'Leeschtung vu béide Materialien wahrscheinlech ähnlech. Den Haaptunterschied läit am LTOI, dee manner zousätzlech Veraarbechtungsschrëtt erfuerdert.

微信图片_20241106165708

Ënneschten Birefrience: 0,004 vs 0,07
Déi héich Bibriechung vu Lithiumniobat (LNOI) kann heiansdo Erausfuerderung sinn, besonnesch well Welleleitbéi kënnen Moduskupplung a Modushybridiséierung verursaachen. An dënnem LNOI kann eng Béi am Welleguide deelweis TE Liicht an TM Liicht konvertéieren, wat d'Fabrikatioun vu bestëmmte passiven Apparater komplizéiert, wéi Filteren.
Mat LTOI eliminéiert déi ënnescht Bibriechung dëst Thema, wat et potenziell méi einfach mécht héich performant passiv Geräter z'entwéckelen. EPFL huet och bemierkenswäert Resultater gemellt, andeems d'LTOI's niddereg Bibriechung an d'Feele vu Modus-Kräizung benotzt fir ultra-breet-Spektrum elektro-optesch Frequenzkamm Generatioun mat flaach Dispersiounskontroll iwwer e breet Spektralberäich z'erreechen. Dëst huet zu enger impressionanter 450 nm Kammbandbreedung mat iwwer 2000 Kammlinnen gefouert, e puer Mol méi grouss wéi dat wat mat Lithiumniobat erreecht ka ginn. Am Verglach mat Kerr opteschen Frequenzkämme bidden elektro-optesch Kamm de Virdeel datt se Schwellfräi a méi stabil sinn, obwuel se e High-Power Mikrowelle-Input erfuerderen.

微信图片_20241106165804
微信图片_20241106165823

Héich opteschen Schued Schwell
Den opteschen Schuedschwell vum LTOI ass zweemol dee vum LNOI, bitt e Virdeel an net-lineare Uwendungen (a potenziell zukünfteg Coherent Perfect Absorption (CPO) Uwendungen). Aktuell opteschen Modul Muecht Niveauen sinn onwahrscheinlech Lithium niobate Schued.
Niddereg Raman Effekt
Dëst betrëfft och net-linear Uwendungen. Lithium niobate huet eng staark Raman Effekt, déi an Kerr opteschen Frequenz comb Uwendungen kann zu ongewollt Raman Liichtjoer Generatioun a Gewënn Konkurrenz féieren, x-cut Lithium niobate optesch Frequenz combs verhënnert de Soliton Staat z'erreechen. Mat LTOI kann de Raman Effekt duerch Kristallorientéierungsdesign ënnerdréckt ginn, wat X-Cut LTOI erlaabt fir Soliton optesch Frequenzkamm Generatioun z'erreechen. Dëst erméiglecht d'monolithesch Integratioun vu Soliton opteschen Frequenzkämme mat High-Speed-Modulatoren, e Feat net erreechbar mat LNOI.
◆ Firwat gouf dënn Film Lithium Tantalat (LTOI) net virdrun ernimmt?
Lithiumtantalat huet eng méi niddreg Curie Temperatur wéi Lithiumniobat (610°C vs. 1157°C). Virun der Entwécklung vun heterointegration Technologie (XOI), Lithium Niobate Modulatoren goufen mat Titan Diffusioun hiergestallt, déi annealing op iwwer 1000 ° C erfuerdert, mécht LTOI net gëeegent. Wéi och ëmmer, mat der heiteger Verréckelung op d'Benotzung vun Isolatorsubstrater a Waveguide Ässung fir Modulatorbildung, ass eng 610 °C Curie Temperatur méi wéi genuch.
◆ Wäert Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) Thin-Film Lithium Niobate (TFLN) ersetzen?
Baséierend op aktuell Fuerschung, bitt LTOI Virdeeler an der passiver Leeschtung, Stabilitéit a grousser Produktiounskäschte, ouni scheinbar Nodeeler. Wéi och ëmmer, LTOI iwwerschreift net Lithiumniobat an der Modulatiounsleeschtung, a Stabilitéitsprobleemer mat LNOI hu bekannte Léisungen. Fir Kommunikatioun DR Moduler gëtt et minimal Nofro fir passiv Komponente (a Silicon Nitrid kéint benotzt ginn wann néideg). Zousätzlech sinn nei Investitiounen erfuerderlech fir Ätsprozesser op Wafer-Niveau, Heterointegratiounstechniken an Zouverlässegkeetstester erëm z'etabléieren (d'Schwieregkeet mat Lithium-Niobat Ätzen war net de Waveguide, awer d'Erreeche vun High-Yield Wafer-Niveau Ätzen). Dofir, fir mat der etabléierter Positioun vu Lithiumniobat ze konkurréieren, muss LTOI weider Virdeeler entdecken. Akademesch bitt LTOI awer bedeitend Fuerschungspotenzial fir integréiert On-Chip Systemer, sou wéi Oktav-spannend elektro-optesch Kamm, PPLT, Soliton an AWG Wellelängt Divisiounsgeräter, an Array Modulatoren.


Post Zäit: Nov-08-2024