U materiale di tantalato di litiu a film sottile (LTOI) hè emergente cum'è una nova forza significativa in u campu di l'ottica integrata. Quist'annu, parechji travaglii d'altu livellu nantu à i modulatori LTOI sò stati publicati, cù wafers LTOI di alta qualità furniti da u prufessore Xin Ou da l'Istitutu di Microsistema è Tecnulugia di l'Informazione di Shanghai, è prucessi di incisione di guida d'onda di alta qualità sviluppati da u gruppu di u prufissore Kippenberg à l'EPFL. , Svizzera. I so sforzi di cullaburazione anu dimustratu risultati impressiunanti. Inoltre, i squadre di ricerca di l'Università di Zhejiang guidata da u prufissore Liu Liu è l'Università di Harvard guidata da u prufessore Loncar anu ancu infurmatu nantu à i modulatori LTOI d'alta velocità è d'alta stabilità.
Cum'è un parente strettu di niobate di litiu di film sottile (LNOI), LTOI conserva a modulazione d'alta velocità è e caratteristiche di bassa perdita di niobate di litiu, mentre chì offre ancu vantaghji cum'è u prezzu bassu, a birrefringenza bassa è l'effetti fotorefrattivi ridotti. Una comparazione di e caratteristiche principali di i dui materiali hè presentata quì sottu.
◆ Similitudini trà Lithium Tantalate (LTOI) è Lithium Niobate (LNOI)
①Indice di rifrazione:2.12 vs 2.21
Questu implica chì e dimensioni di a guida d'onda monomodale, u raghju di curvatura è e dimensioni cumuni di i dispositi passivi basati nantu à i dui materiali sò assai simili, è a so prestazione di accoppiamentu di fibre hè ancu paragunabile. Cù una bona incisione di guida d'onda, i dui materiali ponu ottene una perdita di inserzione di<0,1 dB/cm. L'EPFL segnala una perdita di guida d'onda di 5,6 dB/m.
②Coefficient elettro-otticu:30.5 pm/V versus 30.9 pm/V
L'efficienza di modulazione hè paragunabile per i dui materiali, cù a modulazione basata nantu à l'effettu Pockels, chì permette una larghezza di banda alta. Attualmente, i modulatori LTOI sò capaci di ottene prestazioni di 400G per corsia, cù una larghezza di banda chì supera 110 GHz.
③Bandgap:3,93 eV versus 3,78 eV
I dui materiali anu una finestra larga trasparente, chì sustene l'applicazioni da lunghezze d'onda visibili à infrarossi, senza assorbimentu in e bande di cumunicazione.
④Coefficient non linéaire de second ordre (d33) :21 ore/V vs 27 ore/V
S'ellu hè adupratu per applicazioni non lineari cum'è a seconda generazione armonica (SHG), a generazione di diffarenza di freccia (DFG), o a generazione di frequenze somma (SFG), l'efficienza di cunversione di i dui materiali deve esse abbastanza simili.
◆ Vantaggio di u costu di LTOI versus LNOI
①Costu più bassu di preparazione di wafer
LNOI richiede l'implantazione di ioni He per a separazione di strati, chì hà una bassa efficienza di ionizazione. In cuntrastu, LTOI usa l'implantazione di ioni H per a separazione, simile à SOI, cù una efficienza di delaminazione più di 10 volte più altu di LNOI. Questu risultatu in una diferenza significativa di prezzu per i wafers di 6 inch: $ 300 versus $ 2000, una riduzione di u costu di 85%.
②Hè digià largamente utilizatu in u mercatu di l'elettronica di cunsumu per i filtri acustici(750 000 unità annu, aduprate da Samsung, Apple, Sony, etc.).
◆ Vantaghji di rendiment di LTOI versus LNOI
①Meno difetti di materiale, effettu fotorefrattivu più debule, più stabilità
Inizialmente, i modulatori LNOI mostranu spessu una deriva di punti di bias, principalmente per l'accumulazione di carica causata da difetti à l'interfaccia di guida d'onda. Se ùn sò micca trattati, sti dispositi puderanu piglià un ghjornu per stabilizzà. Tuttavia, diversi metudi sò stati sviluppati per affruntà stu prublema, cum'è l'usu di cladding d'ossidu di metallu, polarizazione di sustrato è annealing, facendu stu prublema largamente gestibile avà.
In cuntrastu, LTOI hà menu difetti di materiale, purtendu à fenomeni di deriva significativamente ridotti. Ancu senza trattamentu supplementu, u so puntu di funziunamentu ferma relativamente stabile. I risultati simili sò stati riportati da l'EPFL, Harvard è l'Università di Zhejiang. In ogni casu, a paraguna spessu usa modulatori LNOI senza trattamentu, chì ùn pò micca esse ghjustu; cù trasfurmazioni, u rendiment di i dui materiali hè prubabilmente simili. A diferenza principale hè in LTOI chì richiede menu passi di trasfurmazioni supplementari.
②Birefringence inferiore: 0,004 vs 0,07
L'elevata birefringenza di niobate di litio (LNOI) pò esse sfida à volte, soprattuttu cum'è curve di guida d'onda ponu causà l'accoppiamentu di u modu è l'ibridazione di u modu. In LNOI sottile, una curvatura in a guida d'onda pò cunvertisce in parte a luce TE in luce TM, complicà a fabricazione di certi dispositi passivi, cum'è i filtri.
Cù LTOI, a birrefringenza più bassa elimina stu prublema, potenzialmente facilitendu u sviluppu di dispositivi passivi d'altu rendiment. L'EPFL hà ancu riportatu risultati notevoli, sfruttendu a bassa birefringenza di LTOI è l'absenza di modu-crossing per ottene una generazione di petti di frequenza elettro-ottica à spettru ultra-largu cun cuntrollu di dispersione piatta in una larga gamma spettrale. Questu hà risultatu in una larghezza di banda di pettine impressiunanti di 450 nm cù più di 2000 linee di pettine, parechje volte più grande di ciò chì pò esse ottenutu cù niobate di litiu. Comparatu à i pettini di frequenza ottica Kerr, i pettini elettro-ottici offrenu u vantaghju di esse senza soglia è più stabili, ancu s'ellu necessitanu un input di microonde d'alta putenza.
③Soglia di dannu otticu più altu
U limitu di dannu otticu di LTOI hè duie volte di quellu di LNOI, chì offre un vantaghju in l'applicazioni non lineari (è potenzialmente future applicazioni Coherent Perfect Absorption (CPO)). I livelli di putenza attuale di u modulu otticu sò improbabile di dannu niobate di litiu.
④Effettu Raman bassu
Questu hè ancu in l'applicazioni non lineari. Niobate di litiu hà un forte effettu Raman, chì in l'applicazioni di pettine di frequenza ottica Kerr pò purtà à a generazione di luce Raman indesiderata è guadagnà a cumpetizione, impediscendu chì i pettini di frequenza ottica di niobate di litio x-cut ghjunghjenu à u statu soliton. Cù LTOI, l'effettu Raman pò esse soppresso à traversu u disignu di l'orientazione di cristalli, chì permette à LTOI x-cut di ottene a generazione di pettine di frequenza ottica soliton. Questu permette l'integrazione monolitica di pettini di frequenza ottica solitoni cù modulatori d'alta velocità, una impresa micca ottenibile cù LNOI.
◆ Perchè ùn hè statu menzionatu prima di Tantalate di Lithium (LTOI) à film sottile ?
Lithium tantalate hà una temperatura Curie più bassu cà niobate lithium (610 ° C versus 1157 ° C). Prima di u sviluppu di a tecnulugia d'heterointegrazione (XOI), i modulatori di niobate di litiu sò stati fabbricati cù a diffusione di titaniu, chì esige l'annealing à più di 1000 ° C, facendu LTOI inadatta. Tuttavia, cù u cambiamentu di l'oghje versu l'usu di sustrati isolanti è l'incisione di guida d'onda per a furmazione di modulatori, una temperatura Curie di 610 ° C hè più chè abbastanza.
◆ Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) Sustituirà Thin-Film Lithium Niobate (TFLN)?
Basatu nantu à a ricerca attuale, LTOI offre vantaghji in prestazioni passive, stabilità è costu di produzzione à grande scala, senza svantaghji apparenti. Tuttavia, LTOI ùn supera u niobate di litiu in u rendiment di modulazione, è i prublemi di stabilità cù LNOI anu cunnisciutu solu suluzione. Per i moduli DR di cumunicazione, ci hè una dumanda minima di cumpunenti passivi (è u nitruru di siliciu puderia esse usatu se necessariu). Inoltre, novi investimenti sò richiesti per ristabilisce i prucessi di incisione à livellu di wafer, tecniche d'eterointegrazione è teste di affidabilità (a difficultà cù l'incisione di niobate di litio ùn era micca a guida d'onda ma ottene una incisione à livellu di wafer à altu rendiment). Dunque, per cumpete cù a pusizione stabilita di lithium niobate, LTOI pò avè bisognu di scopre più vantaghji. Accademicamente, però, LTOI offre un putenziale di ricerca significativu per i sistemi integrati in chip, cum'è pettini elettro-ottici d'ottava, PPLT, dispositivi di divisione di lunghezza d'onda di soliton è AWG, è modulatori di array.
Tempu di Postu: Nov-08-2024