U materiale di tantalatu di litiu à film sottile (LTOI) emerge cum'è una nova forza significativa in u campu di l'ottica integrata. Quest'annu, parechji travagli di altu livellu nantu à i modulatori LTOI sò stati publicati, cù wafer LTOI di alta qualità furniti da u prufessore Xin Ou di l'Istitutu di Microsistemi è Tecnulugia di l'Informazione di Shanghai, è prucessi di incisione di guide d'onda di alta qualità sviluppati da u gruppu di u prufessore Kippenberg à EPFL, Svizzera. I so sforzi di cullaburazione anu mostratu risultati impressiunanti. Inoltre, e squadre di ricerca di l'Università di Zhejiang guidate da u prufessore Liu Liu è di l'Università di Harvard guidate da u prufessore Loncar anu ancu riportatu modulatori LTOI à alta velocità è alta stabilità.
Cum'è un parente strettu di u niobatu di litiu à film sottile (LNOI), LTOI mantene e caratteristiche di modulazione à alta velocità è di bassa perdita di u niobatu di litiu, offrendu ancu vantaghji cum'è un costu bassu, una bassa birefringenza è effetti fotorefrattivi ridotti. Una paragone di e caratteristiche principali di i dui materiali hè presentata quì sottu.
◆ Similitudini trà u Tantalatu di Litiu (LTOI) è u Niobatu di Litiu (LNOI)
1Indice refrattivu:2.12 vs 2.21
Ciò implica chì e dimensioni di a guida d'onda monomodale, u raghju di curvatura è e dimensioni cumuni di i dispositivi passivi basati nantu à i dui materiali sò assai simili, è ancu e so prestazioni di accoppiamentu di fibre sò paragunabili. Cù una bona incisione di a guida d'onda, i dui materiali ponu ottene una perdita d'inserzione di<0,1 dB/cm. L'EPFL segnala una perdita di guida d'onda di 5,6 dB/m.
2Coefficiente elettricu:30.5 PM / V vs 30.9 PM / V
L'efficienza di modulazione hè paragunabile per i dui materiali, cù a modulazione basata annantu à l'effettu Pockels, chì permette una larghezza di banda elevata. Attualmente, i modulatori LTOI sò capaci di ottene prestazioni di 400G per corsia, cù una larghezza di banda superiore à 110 GHz.
③Banda intermedia:3,93 ev vs 3.78 ev
Tramindui i materiali anu una larga finestra trasparente, chì supporta applicazioni da lunghezze d'onda visibili à infrarosse, senza assorbimentu in e bande di cumunicazione.
④Coefficiente Non Lineare di Secondu Ordine (d33):21 ore di sera/V contr'à 27 ore di sera/V
Sè aduprati per applicazioni non lineari cum'è a generazione di seconda armonica (SHG), a generazione di differenza-frequenza (DFG) o a generazione di somma-frequenza (SFG), l'efficienza di cunversione di i dui materiali deve esse abbastanza simile.
◆ Vantaghju di costu di LTOI vs LNOI
1Costu di preparazione di wafer più bassu
LNOI richiede l'impiantu di ioni He per a separazione di i strati, chì hà una bassa efficienza di ionizazione. In cuntrastu, LTOI usa l'impiantu di ioni H per a separazione, simile à SOI, cù una efficienza di delaminazione più di 10 volte superiore à LNOI. Questu si traduce in una differenza di prezzu significativa per i wafer di 6 pollici: $ 300 vs. $ 2000, una riduzione di costu di l'85%.
2Hè digià largamente adupratu in u mercatu di l'elettronica di cunsumu per i filtri acustici.(750 000 unità à l'annu, aduprate da Samsung, Apple, Sony, ecc.).
◆ vantaghji di rendiment di Ltoi vs LNOI
1Menu Difetti di Materiale, Effettu Fotorefrattivu Più Debule, Più Stabilità
Inizialmente, i modulatori LNOI spessu mostravanu una deriva di u puntu di polarizazione, principalmente per via di l'accumulazione di carica causata da difetti à l'interfaccia di a guida d'onda. S'elli ùn sò micca trattati, sti dispusitivi pudianu piglià finu à un ghjornu per stabilizzassi. Tuttavia, sò stati sviluppati diversi metudi per risolve stu prublema, cum'è l'usu di rivestimenti d'ossidu metallicu, a polarizazione di u substratu è a ricottura, rendendu stu prublema largamente gestibile avà.
À u cuntrariu, l'LTOI hà menu difetti di materiale, ciò chì porta à fenomeni di deriva significativamente ridutti. Ancu senza trasfurmazione supplementaria, u so puntu di funziunamentu ferma relativamente stabile. Risultati simili sò stati ripurtati da EPFL, Harvard è l'Università di Zhejiang. Tuttavia, a paragone usa spessu modulatori LNOI micca trattati, chì ùn ponu micca esse interamente ghjusti; cù a trasfurmazione, a prestazione di i dui materiali hè prubabilmente simile. A principale differenza stà in l'LTOI chì richiede menu passi di trasfurmazione supplementari.
2Birrifrangenza più bassa: 0,004 vs 0,07
L'alta birefringenza di u niobatu di litiu (LNOI) pò esse difficiule à volte, soprattuttu perchè e curve di a guida d'onda ponu causà accoppiamentu di modu è ibridazione di modu. In LNOI sottile, una curva in a guida d'onda pò cunvertisce parzialmente a luce TE in luce TM, cumplicendu a fabricazione di certi dispositivi passivi, cum'è i filtri.
Cù LTOI, a birefringenza più bassa elimina stu prublema, rendendu potenzialmente più faciule u sviluppu di dispositivi passivi ad alte prestazioni. L'EPFL hà ancu riportatu risultati notevuli, sfruttendu a bassa birefringenza di LTOI è l'assenza di incrociu di modu per ottene una generazione di pettini di frequenza elettroottici à spettru ultra-largu cù un cuntrollu di dispersione pianu in una vasta gamma spettrale. Questu hà risultatu in una impressiunante larghezza di banda di pettine di 450 nm cù più di 2000 linee di pettine, parechje volte più grande di ciò chì si pò ottene cù u niobatu di litiu. In paragone à i pettini di frequenza ottici Kerr, i pettini elettroottici offrenu u vantaghju di esse senza soglia è più stabili, ancu s'elli richiedenu un input di microonde ad alta putenza.
③Soglia di Danni Ottici Più Alta
A soglia di danni ottici di LTOI hè duie volte quella di LNOI, offrendu un vantaghju in applicazioni non lineari (è potenzialmente future applicazioni di Coherent Perfect Absorption (CPO)). I livelli di putenza attuali di i moduli ottici ùn sò micca prubabili di danneggià u niobatu di litiu.
④Effettu Raman bassu
Questu vale ancu per l'applicazioni non lineari. U niobatu di litiu hà un forte effettu Raman, chì in l'applicazioni di pettine di frequenza ottica Kerr pò purtà à una generazione di luce Raman indesiderata è à guadagnà cumpetizione, impedendu à i pettini di frequenza ottica di niobatu di litiu x-cut di ghjunghje à u statu di solitone. Cù LTOI, l'effettu Raman pò esse suppressu attraversu u disignu di l'orientazione di u cristallu, chì permette à LTOI x-cut di ottene a generazione di pettini di frequenza ottica di solitone. Questu permette l'integrazione monolitica di pettini di frequenza ottica di solitone cù modulatori à alta velocità, un'impresa micca ottenibile cù LNOI.
◆ Perchè ùn hè statu mintuvatu prima u tantalatu di litiu à film sottile (LTOI)?
U tantalatu di litiu hà una temperatura di Curie più bassa chè u niobatu di litiu (610 °C vs. 1157 °C). Prima di u sviluppu di a tecnulugia di eterointegrazione (XOI), i modulatori di niobatu di litiu eranu fabbricati cù a diffusione di titaniu, chì richiede una ricottura à più di 1000 °C, rendendu l'LTOI inadattu. Tuttavia, cù u cambiamentu attuale versu l'usu di substrati isolanti è l'incisione di guide d'onda per a furmazione di modulatori, una temperatura di Curie di 610 °C hè più chè sufficiente.
◆ U tantalatu di litiu à film sottile (LTOI) rimpiazzerà u niobatu di litiu à film sottile (TFLN)?
Basatu annantu à a ricerca attuale, LTOI offre vantaghji in termini di prestazioni passive, stabilità è costu di pruduzzione à grande scala, senza svantaghji apparenti. Tuttavia, LTOI ùn supera micca u niobatu di litiu in termini di prestazioni di modulazione, è i prublemi di stabilità cù LNOI anu suluzioni cunnisciute. Per i moduli DR di cumunicazione, ci hè una dumanda minima di cumpunenti passivi (è u nitruru di siliciu puderia esse adupratu se necessariu). Inoltre, sò necessarii novi investimenti per ristabilisce i prucessi di incisione à livellu di wafer, e tecniche di eterointegrazione è i testi di affidabilità (a difficultà cù l'incisione di niobatu di litiu ùn era micca a guida d'onda, ma ottene una incisione à livellu di wafer à altu rendimentu). Dunque, per cumpete cù a pusizione stabilita di u niobatu di litiu, LTOI puderia avè bisognu di scopre ulteriori vantaghji. Accademicamente, tuttavia, LTOI offre un putenziale di ricerca significativu per i sistemi integrati on-chip, cum'è pettini elettro-ottici à ottava, PPLT, dispositivi di divisione di lunghezza d'onda di solitoni è AWG, è modulatori di array.
Data di publicazione: 8 di nuvembre di u 2024