Жұқа қабықшалы литий танталаты (LTOI) материалы интеграцияланған оптика саласында маңызды жаңа күш ретінде пайда болуда. Биыл LTOI модуляторлары бойынша бірнеше жоғары деңгейлі жұмыстар жарияланды, олардың ішінде Шанхай микрожүйе және ақпараттық технологиялар институтының профессоры Синь Оу ұсынған жоғары сапалы LTOI пластиналары және Швейцарияның EPFL университетіндегі профессор Киппенберг тобы әзірлеген жоғары сапалы толқындық бағыттаушы ою процестері бар. Олардың бірлескен күш-жігері таңғажайып нәтижелер көрсетті. Сонымен қатар, профессор Лю Лю басқаратын Чжэцзян университетінің және профессор Лончар басқаратын Гарвард университетінің зерттеу топтары да жоғары жылдамдықты, жоғары тұрақтылықтағы LTOI модуляторлары туралы хабарлады.
Жұқа қабықшалы литий ниобатының (LNOI) жақын туысы ретінде, LTOI литий ниобатының жоғары жылдамдықты модуляциясы мен төмен шығынды сипаттамаларын сақтайды, сонымен қатар төмен құны, төмен қос сынуы және фоторефрактивті әсерлердің төмендеуі сияқты артықшылықтарды ұсынады. Екі материалдың негізгі сипаттамаларын салыстыру төменде келтірілген.
◆ Литий танталаты (LTOI) мен литий ниобаты (LNOI) арасындағы ұқсастықтар
①Сыну көрсеткіші:2.12 және 2.21
Бұл екі материалға негізделген бір режимді толқын өткізгіштің өлшемдері, иілу радиусы және жалпы пассивті құрылғы өлшемдері өте ұқсас екенін және олардың талшықты байланыстыру өнімділігі де салыстырмалы екенін білдіреді. Жақсы толқын өткізгішті ою арқылы екі материал да кірістіру шығынына қол жеткізе алады<0,1 дБ/см. EPFL толқын өткізгіштің 5,6 дБ/м жоғалтуын хабарлайды.
②Электроптикалық коэффициент:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
Модуляция тиімділігі екі материал үшін де салыстырмалы, модуляция Покельс эффектісіне негізделген, бұл жоғары өткізу қабілеттілігін қамтамасыз етеді. Қазіргі уақытта LTOI модуляторлары әр жолақ үшін 400 ГБ өнімділікке қол жеткізе алады, өткізу қабілеттілігі 110 ГГц-тен асады.
③Тығыздағыш саңылауы:3,93 эВ және 3,78 эВ
Екі материал да кең мөлдір терезеге ие, бұл көрінетін толқын ұзындығынан инфрақызыл толқын ұзындығына дейінгі қолдануды қолдайды, байланыс диапазондарында сіңіру болмайды.
④Екінші ретті сызықтық емес коэффициент (d33):Сағат 21:00/Бесінші және сағат 27:00/Бесінші
Егер екінші гармоникалық генерация (SHG), айырымдық жиілік генерациясы (DFG) немесе қосынды жиілік генерациясы (SFG) сияқты сызықтық емес қолданбаларда қолданылса, екі материалдың түрлендіру тиімділігі өте ұқсас болуы керек.
◆ LTOI-дің LNOI-мен салыстырғандағы шығын артықшылығы
①Вафли дайындаудың төмен құны
LNOI қабатты бөлу үшін He иондық имплантациясын қажет етеді, оның иондану тиімділігі төмен. Керісінше, LTOI бөлу үшін SOI-ге ұқсас H иондық имплантациясын пайдаланады, оның деламинация тиімділігі LNOI-ге қарағанда 10 еседен астам жоғары. Бұл 6 дюймдік пластиналар үшін бағаның айтарлықтай айырмашылығына әкеледі: 300 доллар және 2000 доллар, бұл шығындарды 85%-ға төмендетеді.
②Ол қазірдің өзінде акустикалық сүзгілер үшін тұтынушылық электроника нарығында кеңінен қолданылады.(Жылына 750 000 дана, Samsung, Apple, Sony және т.б. компаниялар пайдаланады).
◆ LTOI мен LNOI арасындағы өнімділік артықшылықтары
①Материалдық ақаулар аз, фоторефракционды әсер әлсіз, тұрақтылығы жоғары
Бастапқыда LNOI модуляторлары көбінесе ығысу нүктесінің дрейфін көрсетті, бұл негізінен толқын өткізгіш интерфейсіндегі ақаулардан туындаған зарядтың жиналуына байланысты болды. Егер өңделмесе, бұл құрылғылардың тұрақтануы бір күнге дейін созылуы мүмкін. Дегенмен, бұл мәселені шешу үшін металл оксиді қаптамасын, субстраттың поляризациясын және күйдіруді қолдану сияқты әртүрлі әдістер жасалды, бұл мәселені қазір негізінен басқаруға мүмкіндік береді.
Керісінше, LTOI материалдық ақаулары аз, бұл дрейф құбылыстарын айтарлықтай азайтады. Қосымша өңдеусіз де, оның жұмыс нүктесі салыстырмалы түрде тұрақты болып қалады. Ұқсас нәтижелер EPFL, Гарвард және Чжэцзян университетінде де хабарланған. Дегенмен, салыстыруда көбінесе өңделмеген LNOI модуляторлары қолданылады, бұл толығымен әділ болмауы мүмкін; өңдеу кезінде екі материалдың да өнімділігі ұқсас болуы мүмкін. Негізгі айырмашылық LTOI қосымша өңдеу қадамдарын аз қажет ететіндігінде.
②Төменгі қос сыну: 0,004 және 0,07
Литий ниобатының (LNOI) жоғары қос сынуы кейде қиындық тудыруы мүмкін, әсіресе толқын бағыттаушының иілісі режимнің қосылуын және режимнің будандастыруын тудыруы мүмкін. Жұқа LNOI-де толқын бағыттаушының иілісі TE жарығын TM жарығына ішінара түрлендіруі мүмкін, бұл сүзгілер сияқты кейбір пассивті құрылғыларды жасауды қиындатады.
LTOI-мен төменгі қос сыну бұл мәселені жояды, бұл жоғары өнімді пассивті құрылғыларды әзірлеуді жеңілдетеді. EPFL сонымен қатар айтарлықтай нәтижелер туралы хабарлады, LTOI-дің төмен қос сынуын және мод-кроссингтің болмауын пайдаланып, кең спектрлік диапазонда жазық дисперсияны басқарумен ультра кең спектрлі электрооптикалық жиілік тарақтарын генерациялауға қол жеткізді. Нәтижесінде литий ниобатын қолдану арқылы қол жеткізуге болатыннан бірнеше есе үлкен, 2000-нан астам тарақтары бар әсерлі 450 нм тарақтар өткізу жолағы пайда болды. Kerr оптикалық жиілік тарақтарымен салыстырғанда, электрооптикалық тарақтар шекті емес және тұрақты болу артықшылығын ұсынады, дегенмен оларға жоғары қуатты микротолқынды кіріс қажет.
③Оптикалық зақымдану шегі жоғарырақ
LTOI оптикалық зақымдану шегі LNOI-ге қарағанда екі есе жоғары, бұл сызықтық емес қолданбаларда (және болашақта когерентті мінсіз сіңіру (CPO) қолданбаларында) артықшылық береді. Қазіргі оптикалық модуль қуат деңгейлері литий ниобатын зақымдауы екіталай.
④Төмен Раман әсері
Бұл сызықтық емес қолданбаларға да қатысты. Литий ниобаты күшті Раман әсеріне ие, ол Керр оптикалық жиілік тарақтарын қолдануда қажетсіз Раман жарығының пайда болуына және бәсекелестіктің артуына әкелуі мүмкін, бұл x-кесілген литий ниобаты оптикалық жиілік тарақтарының солитон күйіне жетуіне кедергі келтіреді. LTOI көмегімен Раман әсерін кристалдық бағдарлау дизайны арқылы басуға болады, бұл x-кесілген LTOI-ге солитон оптикалық жиілік тарақтарын генерациялауға мүмкіндік береді. Бұл солитон оптикалық жиілік тарақтарын жоғары жылдамдықты модуляторлармен монолитті интеграциялауға мүмкіндік береді, бұл LNOI көмегімен мүмкін емес жетістік.
◆ Неліктен жұқа қабықшалы литий танталаты (LTOI) бұрын айтылмаған?
Литий танталатының Кюри температурасы литий ниобатына қарағанда төмен (610°C және 1157°C). Гетероинтеграция технологиясы (XOI) дамығанға дейін литий ниобаты модуляторлары титан диффузиясы арқылы жасалған, бұл 1000°C-тан жоғары температурада күйдіруді қажет етеді, бұл LTOI-ді жарамсыз етеді. Дегенмен, бүгінгі таңда модуляторды қалыптастыру үшін оқшаулағыш субстраттарды және толқын өткізгішті оюды пайдалануға көшумен 610°C Кюри температурасы жеткілікті.
◆ Жұқа қабықшалы литий танталаты (LTOI) жұқа қабықшалы литий ниобатын (TFLN) алмастыра ала ма?
Қазіргі зерттеулерге сүйене отырып, LTOI пассивті өнімділік, тұрақтылық және ауқымды өндіріс құны бойынша артықшылықтар ұсынады, айқын кемшіліктері жоқ. Дегенмен, LTOI модуляция өнімділігі бойынша литий ниобатынан асып түспейді, ал LNOI-мен тұрақтылық мәселелері белгілі шешімдерге ие. Байланыс DR модульдері үшін пассивті компоненттерге сұраныс минималды (және қажет болған жағдайда кремний нитридін пайдалануға болады). Сонымен қатар, пластина деңгейіндегі ою процестерін, гетероинтеграция әдістерін және сенімділікті тексеруді қайта құру үшін жаңа инвестициялар қажет (литий ниобатын оюдағы қиындық толқын өткізгіште емес, пластина деңгейіндегі жоғары өнімді оюға қол жеткізуде болды). Сондықтан, литий ниобатының қалыптасқан позициясымен бәсекелесу үшін LTOI қосымша артықшылықтарды ашуы қажет болуы мүмкін. Дегенмен, академиялық тұрғыдан LTOI октавалық диапазонды электрооптикалық тарақтар, PPLT, солитон және AWG толқын ұзындығын бөлу құрылғылары және массив модуляторлары сияқты интеграцияланған чиптегі жүйелер үшін айтарлықтай зерттеу әлеуетін ұсынады.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 8 қараша