Dënnfilm-Lithiumtantalat (LTOI)-Material entwéckelt sech als eng bedeitend nei Kraaft am Beräich vun der integréierter Optik. Dëst Joer goufen e puer héichwäerteg Aarbechten iwwer LTOI-Modulatoren publizéiert, mat héichqualitativen LTOI-Waferen, déi vum Professer Xin Ou vum Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology geliwwert goufen, an héichqualitative Wellenleiter-Ätzprozesser, déi vun der Grupp vum Professer Kippenberg op der EPFL an der Schwäiz entwéckelt goufen. Hir gemeinsam Efforte hunn beandrockend Resultater gewisen. Zousätzlech hunn d'Fuerschungsteams vun der Zhejiang Universitéit ënner der Leedung vum Professer Liu Liu an der Harvard Universitéit ënner der Leedung vum Professer Loncar och iwwer héichgeschwindeg, héichstabil LTOI-Modulatoren bericht.
Als enke Verwandte vum Dënnschicht-Lithiumniobat (LNOI) behält LTOI d'Charakteristike vun der Héichgeschwindegkeetsmodulatioun an dem niddrege Verloscht vum Lithiumniobat, awer bitt gläichzäiteg Virdeeler wéi niddreg Käschten, niddreg Duebelbriechung a reduzéiert photorefraktiv Effekter. E Verglach vun den Haaptcharakteristike vun den zwou Materialien gëtt hei ënnendrënner presentéiert.
◆ Ähnlechkeeten tëscht Lithiumtantalat (LTOI) a Lithiumniobat (LNOI)
①Breechungsindex:2.12 géint 2.21
Dëst bedeit, datt d'Dimensioune vum Single-Modus-Wellenleiter, de Biegeradius an déi üblech Gréisste vun de passive Geräter op Basis vun deenen zwou Materialien ganz ähnlech sinn, an hir Glasfaserkopplungsleistung och vergläichbar ass. Mat enger gudder Wellenleiterätzung kënnen déi zwou Materialien en Insertiounsverloscht vun ... erreechen.<0,1 dB/cm. EPFL mellt e Wellenleiterverloscht vu 5,6 dB/m.
②Elektrooptesche Koeffizient:30,5 Auer/V géint 30,9 Auer/V
D'Modulatiounseffizienz ass fir béid Materialien vergläichbar, mat der Modulatioun baséiert op dem Pockels-Effekt, wat eng héich Bandbreet erméiglecht. Aktuell kënnen LTOI-Modulatoren eng Leeschtung vu 400G pro Spur erreechen, mat enger Bandbreet vu méi wéi 110 GHz.
③Bandlück:3,93 eV géint 3,78 eV
Béid Materialien hunn e breet transparent Fënster, dat Uwendungen vu siichtbaren bis infrarout Wellelängten ënnerstëtzen, ouni Absorptioun an de Kommunikatiounsbänner.
④Netlineare Koeffizient vun zweeter Uerdnung (d33):21 Auer/V géint 27 Auer/V
Wann se fir netlinear Uwendungen wéi zweetharmonesch Generatioun (SHG), Differenzfrequenzgeneratioun (DFG) oder Sumfrequenzgeneratioun (SFG) benotzt ginn, sollten d'Konversiounseffizienzen vun den zwou Materialien zimlech ähnlech sinn.
◆ Käschtevirdeel vun LTOI vs. LNOI
①Méi niddreg Käschte fir d'Virbereedung vu Waferen
LNOI erfuerdert He-Ionen-Implantatioun fir d'Schichttrennung, déi eng niddreg Ioniséierungseffizienz huet. Am Géigesaz dozou benotzt LTOI H-Ionen-Implantatioun fir d'Trennung, ähnlech wéi SOI, mat enger Delaminatiounseffizienz, déi iwwer 10 Mol méi héich ass wéi déi vun LNOI. Dëst resultéiert an engem bedeitende Präisënnerscheed fir 6-Zoll-Waferen: 300 $ vs. 2000 $, eng Käschtereduktioun vun 85%.
②Et gëtt scho wäit verbreet um Maart fir Konsumentelektronik fir akustesch Filteren agesat.(750.000 Eenheeten jäerlech, benotzt vu Samsung, Apple, Sony, etc.).
◆ Leeschtungsvirdeeler vun LTOI vs. LNOI
①Manner Materialdefekter, méi schwaache photorefraktiven Effekt, méi Stabilitéit
Ufanks hunn LNOI-Modulatoren dacks Biaspunktdrift gewisen, haaptsächlech wéinst Ladungsakkumulatioun, déi duerch Defekter un der Wellenleiter-Grenzfläche verursaacht gouf. Wann dës Apparater net behandelt ginn, kéinten et bis zu engem Dag daueren, bis se sech stabiliséieren. Wéi och ëmmer, goufen verschidde Methoden entwéckelt fir dëst Problem ze léisen, wéi z. B. d'Benotzung vu Metalloxid-Beschichtung, Substratpolariséierung an Glühung, wat dëst Problem haut gréisstendeels behiewebar mécht.
Am Géigesaz dozou huet LTOI manner Materialdefekter, wat zu däitlech reduzéierte Driftphänomener féiert. Och ouni zousätzlech Veraarbechtung bleift säin Operatiounspunkt relativ stabil. Ähnlech Resultater goufe vun der EPFL, der Harvard an der Zhejiang Universitéit gemellt. De Verglach benotzt awer dacks onbehandelt LNOI-Modulatoren, wat net ganz fair ka sinn; mat der Veraarbechtung ass d'Leeschtung vun deenen zwou Materialien wahrscheinlech ähnlech. Den Haaptunterschied läit doran, datt LTOI manner zousätzlech Veraarbechtungsschrëtt erfuerdert.
②Ënnescht Duebelbrechung: 0,004 vs. 0,07
Déi héich Duebelbriechung vu Lithiumniobat (LNOI) kann heiansdo eng Erausfuerderung sinn, besonnesch well Wellenleiterbéiunge Moduskopplung a Modushybridiséierung verursaache kënnen. Bei dënnem LNOI kann eng Béiung am Wellenleiter TE-Liicht deelweis an TM-Liicht ëmwandelen, wat d'Fabrikatioun vu bestëmmte passive Komponenten, wéi Filteren, komplizéiert.
Mat LTOI eliminéiert déi méi niddreg Duebelbriechung dëst Problem, wat et potenziell méi einfach mécht, héichperformant passiv Komponenten z'entwéckelen. EPFL huet och bemierkenswäert Resultater gemellt, andeems se déi niddreg Duebelbriechung vun LTOI an d'Feele vu Modkräizung ausgenotzt hunn, fir eng ultra-breet Spektrum elektrooptesch Frequenzkammgeneratioun mat flaacher Dispersiounskontroll iwwer e breede Spektralberäich z'erreechen. Dëst huet zu enger beandrockender Kammbandbreet vu 450 nm mat iwwer 2000 Kammlinnen gefouert, e puer Mol méi grouss wéi dat wat mat Lithiumniobat erreecht ka ginn. Am Verglach mat Kerr optesche Frequenzkamme bidden elektrooptesch Kamme de Virdeel, datt se schwellfräi a méi stabil sinn, obwuel se en héichleistungs Mikrowelleninput erfuerderen.
③Héije Schwellwäert fir optesch Schued
De Schwellwäert fir optesch Schued bei LTOI ass duebel sou héich wéi dee vun LNOI, wat e Virdeel an netlinearen Uwendungen (a potenziell zukünftegen Uwendungen mat kohärenter perfekter Absorptioun (CPO)) bitt. Et ass onwahrscheinlech, datt déi aktuell Leeschtungsniveauen vun optesche Moduler Lithiumniobat beschiedegen.
④Niddreg Raman-Effekt
Dëst betrëfft och netlinear Uwendungen. Lithiumniobat huet e staarken Raman-Effekt, deen a Kerr-Optik-Frequenzkamm-Uwendungen zu enger ongewollter Raman-Liichtgeneratioun féiere kann a Konkurrenz gewannen, wouduerch verhënnert gëtt, datt x-Cut Lithiumniobat-Optik-Frequenzkamme den Soliton-Zoustand erreechen. Mat LTOI kann de Raman-Effekt duerch en Kristallorientéierungsdesign ënnerdréckt ginn, wouduerch x-Cut LTOI eng Soliton-Optik-Frequenzkamm-Generatioun erreecht. Dëst erméiglecht déi monolithesch Integratioun vu Soliton-Optik-Frequenzkamme mat Héichgeschwindegkeetsmodulatoren, eng Leeschtung, déi mat LNOI net erreechbar ass.
◆ Firwat gouf Dënnfilm-Lithiumtantalat (LTOI) net virdru scho genannt?
Lithiumtantalat huet eng méi niddreg Curie-Temperatur wéi Lithiumniobat (610°C vs. 1157°C). Virun der Entwécklung vun der Heterointegratiounstechnologie (XOI) goufen Lithiumniobat-Modulatoren mat Titandiffusioun hiergestallt, wat eng Glühung bei iwwer 1000°C erfuerdert, wouduerch LTOI net méi gëeegent ass. Wéinst der haiteger Verlagerung vun Isolatiounssubstrater a Wellenleiterätzung fir d'Bildung vu Modulatoren ass eng Curie-Temperatur vu 610°C awer méi wéi genuch.
◆ Ersetzt Dënnfilm-Lithiumtantalat (LTOI) Dënnfilm-Lithiumniobat (TFLN)?
Baséierend op der aktueller Fuerschung bitt LTOI Virdeeler a punkto passiver Leeschtung, Stabilitéit a Käschte fir grouss Produktioun, ouni offensichtlech Nodeeler. LTOI iwwertrëfft awer Lithiumniobat net a punkto Modulatiounsleistung, an et gëtt bekannt Léisunge fir Stabilitéitsproblemer mat LNOI. Fir Kommunikatiouns-DR-Moduler gëtt et minimal Nofro fir passiv Komponenten (a Siliziumnitrid kéint bei Bedarf benotzt ginn). Zousätzlech sinn nei Investitioune noutwendeg fir Wafer-Niveau-Ätzeprozesser, Heterointegratiounstechniken a Zouverlässegkeetstester nei z'etabléieren (d'Schwieregkeet beim Lithiumniobat-Ätzen war net de Wellenleiter, mä d'Erreeche vun engem héichausgabesche Wafer-Niveau-Ätzen). Dofir, fir mat der etabléierter Positioun vu Lithiumniobat ze konkurréieren, muss LTOI eventuell weider Virdeeler entdecken. Akademesch bitt LTOI awer e bedeitend Fuerschungspotenzial fir integréiert On-Chip-Systemer, wéi z. B. Oktav-spannend elektrooptesch Kämme, PPLT, Soliton- an AWG-Wellenlängtendeelungsgeräter an Array-Modulatoren.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 08. November 2024