مواد لایه نازک لیتیوم تانتالات (LTOI) به عنوان یک نیروی جدید قابل توجه در زمینه اپتیک یکپارچه در حال ظهور است. در این سال، چندین اثر سطح بالا در مورد تعدیل‌کننده‌های LTOI منتشر شده است، با ویفرهای LTOI با کیفیت بالا که توسط پروفسور Xin Ou از موسسه میکروسیستم و فناوری اطلاعات شانگهای ارائه شده است، و فرآیندهای اچینگ موجبر با کیفیت بالا که توسط گروه پروفسور کیپنبرگ در EPFL ایجاد شده است. ، سوئیس. تلاش های مشترک آنها نتایج چشمگیری را به نمایش گذاشته است. علاوه بر این، تیم های تحقیقاتی از دانشگاه ژجیانگ به رهبری پروفسور لیو لیو و دانشگاه هاروارد به رهبری پروفسور لونکار نیز در مورد تعدیل کننده های LTOI با سرعت بالا و پایداری بالا گزارش داده اند.
LTOI به عنوان یکی از بستگان نزدیک لیتیوم نیوبات لایه نازک (LNOI)، مدولاسیون با سرعت بالا و ویژگی های کم تلفات لیتیوم نیوبات را حفظ می کند و در عین حال مزایایی مانند هزینه کم، انکسار دوگانه کم و کاهش اثرات انکساری نوری را ارائه می دهد. مقایسه ویژگی های اصلی این دو ماده در زیر ارائه شده است.
◆ شباهت‌های بین لیتیوم تانتالات (LTOI) و لیتیوم نیوبات (LNOI)
①ضریب شکست:2.12 در مقابل 2.21
این نشان می‌دهد که ابعاد موجبر تک حالته، شعاع خمشی و اندازه‌های دستگاه غیرفعال رایج بر اساس هر دو ماده بسیار مشابه هستند و عملکرد جفت فیبر آنها نیز قابل مقایسه است. با اچینگ موجبر خوب، هر دو ماده می توانند از دست دادن درج شوند<0.1 دسی بل بر سانتی متر EPFL تلفات موجبر را 5.6 دسی بل بر متر گزارش می کند.
②ضریب الکترواپتیک:30.5 بعد از ظهر/V در مقابل 30.9 بعد از ظهر/V
راندمان مدولاسیون برای هر دو ماده قابل مقایسه است، با مدولاسیون مبتنی بر اثر Pockels که امکان پهنای باند بالا را فراهم می کند. در حال حاضر، مدولاتورهای LTOI قادر به دستیابی به عملکرد 400G در هر خط، با پهنای باند بیش از 110 گیگاهرتز هستند.
③فاصله باند:3.93 eV در مقابل 3.78 eV
هر دو ماده دارای یک پنجره شفاف گسترده هستند که از کاربردها از طول موج مرئی تا مادون قرمز پشتیبانی می کند، بدون جذب در باندهای ارتباطی.
④ضریب غیرخطی مرتبه دوم (d33):21 بعدازظهر/V در مقابل 27 بعد از ظهر/V
اگر برای کاربردهای غیرخطی مانند تولید هارمونیک دوم (SHG)، تولید فرکانس اختلاف (DFG) یا تولید مجموع فرکانس (SFG) استفاده شود، بازده تبدیل دو ماده باید کاملاً مشابه باشد.
◆ مزیت هزینه LTOI در مقابل LNOI
①هزینه کمتر تهیه ویفر
LNOI برای جداسازی لایه نیاز به کاشت یون He دارد که بازده یونیزاسیون پایینی دارد. در مقابل، LTOI از کاشت یون H برای جداسازی، مشابه SOI، با راندمان لایه لایه شدن بیش از 10 برابر بیشتر از LNOI استفاده می کند. این منجر به تفاوت قیمت قابل توجهی برای ویفرهای 6 اینچی می شود: 300 دلار در مقابل 2000 دلار، کاهش 85 درصدی هزینه.
②در حال حاضر به طور گسترده در بازار لوازم الکترونیکی مصرفی برای فیلترهای صوتی استفاده می شود(سالانه 750000 دستگاه که توسط سامسونگ، اپل، سونی و غیره استفاده می شود).
◆ مزایای عملکرد LTOI در مقابل LNOI
①نقص مواد کمتر، اثر انکساری نور ضعیف تر، پایداری بیشتر
در ابتدا، تعدیل کننده های LNOI اغلب به دلیل انباشت بار ناشی از نقص در رابط موجبر، رانش نقطه بایاس را نشان می دادند. در صورت عدم درمان، تثبیت این دستگاه ها ممکن است تا یک روز طول بکشد. با این حال، روش‌های مختلفی برای پرداختن به این موضوع، مانند استفاده از روکش فلزی اکسید، پلاریزاسیون زیرلایه، و بازپخت توسعه داده شد که این مشکل را تا حد زیادی در حال حاضر قابل کنترل کرده است.
در مقابل، LTOI دارای عیوب مواد کمتری است که منجر به کاهش قابل توجه پدیده رانش می شود. حتی بدون پردازش اضافی، نقطه عملیاتی آن نسبتاً پایدار باقی می ماند. نتایج مشابهی توسط EPFL، هاروارد و دانشگاه ژجیانگ گزارش شده است. با این حال، در مقایسه اغلب از تعدیل کننده های LNOI درمان نشده استفاده می شود که ممکن است کاملاً منصفانه نباشد. با پردازش، عملکرد هر دو ماده احتمالا مشابه است. تفاوت اصلی در LTOI نهفته است که به مراحل پردازش اضافی کمتری نیاز دارد.
②دوشکستگی پایین تر: 0.004 در مقابل 0.07
انکسار دوگانه بالای لیتیوم نیوبات (LNOI) می‌تواند گاهی چالش‌برانگیز باشد، به‌ویژه که خمش موجبر می‌تواند باعث جفت شدن حالت و هیبریداسیون حالت شود. در LNOI نازک، یک خم در موجبر می‌تواند تا حدی نور TE را به نور TM تبدیل کند و ساخت دستگاه‌های غیرفعال خاصی مانند فیلترها را پیچیده کند.
با LTOI، شکست مضاعف کمتر این مشکل را از بین می برد و به طور بالقوه توسعه دستگاه های غیرفعال با کارایی بالا را آسان تر می کند. EPFL همچنین نتایج قابل‌توجهی را گزارش کرده است که از شکست مضاعف پایین LTOI و عدم تقاطع حالت برای دستیابی به تولید شانه فرکانس الکترواپتیکی با طیف وسیع با کنترل پراکندگی مسطح در طیف گسترده‌ای استفاده می‌کند. این منجر به پهنای باند شانه ای چشمگیر 450 نانومتری با بیش از 2000 خط شانه شد که چندین برابر بزرگتر از آنچه می توان با لیتیوم نیوبات به دست آورد. در مقایسه با شانه‌های فرکانس نوری Kerr، شانه‌های الکترواپتیک مزیت بدون آستانه بودن و پایداری بیشتر را دارند، اگرچه به ورودی مایکروویو با قدرت بالا نیاز دارند.
③آستانه آسیب نوری بالاتر
آستانه آسیب نوری LTOI دو برابر LNOI است، که مزیتی را در کاربردهای غیرخطی (و برنامه های کاربردی جذب کامل منسجم (CPO) در آینده) ارائه می دهد. سطح توان ماژول نوری فعلی بعید است که به لیتیوم نیوبات آسیب برساند.
④اثر رامان کم
این نیز به برنامه های غیر خطی مربوط می شود. لیتیوم نیوبات دارای اثر رامان قوی است که در کاربردهای شانه فرکانس نوری Kerr می تواند منجر به تولید نور ناخواسته رامان و افزایش رقابت شود و از رسیدن شانه های فرکانس نوری لیتیوم نیوبات x-cut به حالت سالیتون جلوگیری کند. با LTOI، می‌توان جلوه رامان را از طریق طراحی جهت‌گیری کریستال سرکوب کرد و به LTOI با برش x اجازه می‌دهد تا به تولید شانه فرکانس نوری سولیتون دست یابد. این امر ادغام یکپارچه شانه های فرکانس نوری سالیتون را با مدولاتورهای سرعت بالا امکان پذیر می کند، شاهکاری که با LNOI قابل دستیابی نیست.
◆ چرا فیلم نازک لیتیوم تانتالات (LTOI) قبلاً ذکر نشده بود؟
لیتیوم تانتالات دمای کوری کمتری نسبت به لیتیوم نیوبات دارد (610 درجه سانتیگراد در مقابل 1157 درجه سانتیگراد). قبل از توسعه فناوری هترو یکپارچه سازی (XOI)، مدولاتورهای نیوبات لیتیوم با استفاده از انتشار تیتانیوم تولید می شدند که نیاز به بازپخت در دمای بیش از 1000 درجه سانتی گراد دارد و LTOI را نامناسب می کند. با این حال، با تغییر امروزی به سمت استفاده از بسترهای عایق و اچ کردن موجبر برای تشکیل مدولاتور، دمای کوری 610 درجه سانتی گراد بیش از حد کافی است.
◆ آیا لایه نازک لیتیوم تانتالات (LTOI) جایگزین لیتیوم نیوبات لایه نازک (TFLN) خواهد شد؟
بر اساس تحقیقات فعلی، LTOI مزایایی را در عملکرد غیرفعال، ثبات و هزینه تولید در مقیاس بزرگ ارائه می‌کند، بدون هیچ گونه اشکال ظاهری. با این حال، LTOI در عملکرد مدولاسیون از نیوبات لیتیوم پیشی نمی‌گیرد و مسائل پایداری LNOI راه‌حل‌های شناخته‌شده‌ای دارد. برای ماژول‌های DR ارتباطی، حداقل تقاضا برای اجزای غیرفعال وجود دارد (و در صورت نیاز می‌توان از نیترید سیلیکون استفاده کرد). علاوه بر این، سرمایه‌گذاری‌های جدیدی برای برقراری مجدد فرآیندهای اچینگ در سطح ویفر، تکنیک‌های هترو یکپارچه‌سازی و تست قابلیت اطمینان مورد نیاز است (مشکل با اچینگ لیتیوم نیوبات راهنمای موج نبود، بلکه دستیابی به اچینگ در سطح ویفر با بازده بالا بود). بنابراین، برای رقابت با موقعیت تثبیت شده لیتیوم نیوبات، LTOI ممکن است نیاز به کشف مزایای بیشتری داشته باشد. با این حال، از نظر آکادمیک، LTOI پتانسیل تحقیقاتی قابل توجهی را برای سیستم‌های یکپارچه روی تراشه، مانند شانه‌های الکترواپتیکی با پوشش اکتاو، PPLT، دستگاه‌های تقسیم طول موج سالیتون و AWG و تعدیل‌کننده‌های آرایه ارائه می‌دهد.
زمان ارسال: نوامبر-08-2024