Ang materyal nga Thin-film lithium tantalate (LTOI) mitumaw isip usa ka dakong bag-ong kusog sa natad sa integrated optics. Karong tuiga, daghang mga taas nga lebel nga trabaho sa mga LTOI modulator ang gipatik, uban ang mga taas nga kalidad nga LTOI wafer nga gihatag ni Propesor Xin Ou gikan sa Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, ug mga taas nga kalidad nga proseso sa waveguide etching nga gihimo sa grupo ni Propesor Kippenberg sa EPFL, Switzerland. Ang ilang mga paningkamot sa kolaborasyon nagpakita sa impresibong mga resulta. Dugang pa, ang mga grupo sa panukiduki gikan sa Zhejiang University nga gipangulohan ni Propesor Liu Liu ug Harvard University nga gipangulohan ni Propesor Loncar nagtaho usab bahin sa mga high-speed, high-stability nga LTOI modulator.
Isip suod nga paryente sa thin-film lithium niobate (LNOI), ang LTOI nagpabilin sa high-speed modulation ug low-loss nga mga kinaiya sa lithium niobate samtang nagtanyag usab og mga bentaha sama sa mubu nga gasto, mubu nga birefringence, ug pagkunhod sa mga epekto sa photorefractive. Ang pagtandi sa mga nag-unang kinaiya sa duha ka materyales gipakita sa ubos.
◆ Mga Pagkaparehas tali sa Lithium Tantalate (LTOI) ug Lithium Niobate (LNOI)
①Indeks sa Repraktibo:2.12 batok sa 2.21
Kini nagpasabot nga ang single-mode waveguide dimensions, bending radius, ug common passive device sizes base sa duha ka materyales parehas ra kaayo, ug ang ilang fiber coupling performance parehas ra usab. Uban sa maayong waveguide etching, ang duha ka materyales makab-ot ang insertion loss nga<0.1 dB/cm. Ang EPFL nagtaho og waveguide loss nga 5.6 dB/m.
②Koepisyent sa Elektro-optiko:30.5 pm/V batok 30.9 pm/V
Ang kahusayan sa modulasyon parehas ra alang sa duha ka materyales, diin ang modulasyon gibase sa epekto sa Pockels, nga nagtugot sa taas nga bandwidth. Sa pagkakaron, ang mga LTOI modulator makahimo sa pagkab-ot sa 400G kada lane nga performance, nga adunay bandwidth nga molapas sa 110 GHz.
③Bandgap:3.93 eV batok sa 3.78 eV
Ang duha ka materyales adunay lapad ug transparent nga bintana, nga nagsuporta sa mga aplikasyon gikan sa makita hangtod sa infrared nga mga wavelength, nga walay pagsuhop sa mga communication band.
④Ikaduhang-Order nga Nonlinear nga Koepisyent (d33):21 pm/V batok 27 pm/V
Kon gamiton para sa mga nonlinear nga aplikasyon sama sa second harmonic generation (SHG), difference-frequency generation (DFG), o sum-frequency generation (SFG), ang conversion efficiencies sa duha ka materyales kinahanglan nga parehas ra.
◆ Bentaha sa Gasto sa LTOI batok sa LNOI
①Mas Ubos nga Gasto sa Pag-andam sa Wafer
Ang LNOI nagkinahanglan og He ion implantation para sa layer separation, nga adunay ubos nga ionization efficiency. Sa kasukwahi, ang LTOI naggamit og H ion implantation para sa separation, susama sa SOI, nga adunay delamination efficiency nga sobra sa 10 ka pilo nga mas taas kay sa LNOI. Kini moresulta sa dakong kalainan sa presyo para sa 6-pulgada nga wafer: $300 vs. $2000, usa ka 85% nga pagkunhod sa gasto.
②Kini kaylap nga gigamit sa merkado sa consumer electronics para sa mga acoustic filter.(750,000 ka yunit kada tuig, gigamit sa Samsung, Apple, Sony, ug uban pa).
◆ Mga Bentaha sa Pagganap sa LTOI vs LNOI
①Mas Gamay nga mga Depekto sa Materyal, Mas Huyang nga Epekto sa Photorefractive, Mas Kalig-on
Sa sinugdanan, ang mga LNOI modulator kanunay nga nagpakita og bias point drift, panguna tungod sa akumulasyon sa charge nga gipahinabo sa mga depekto sa waveguide interface. Kung dili matambalan, kini nga mga aparato mahimong molungtad hangtod sa usa ka adlaw aron molig-on. Bisan pa, lainlaing mga pamaagi ang naugmad aron masulbad kini nga isyu, sama sa paggamit sa metal oxide cladding, substrate polarization, ug annealing, nga naghimo niini nga problema nga halos madumala na karon.
Sa kasukwahi, ang LTOI adunay gamay nga mga depekto sa materyal, nga mosangpot sa pagkunhod sa mga panghitabo sa drift. Bisan kung wala’y dugang nga pagproseso, ang operating point niini nagpabilin nga medyo lig-on. Parehas nga mga resulta ang gitaho sa EPFL, Harvard, ug Zhejiang University. Bisan pa, ang pagtandi kanunay nga naggamit mga wala matambalan nga LNOI modulator, nga mahimong dili hingpit nga patas; sa pagproseso, ang performance sa duha ka materyales lagmit parehas. Ang panguna nga kalainan anaa sa LTOI nga nanginahanglan og gamay nga dugang nga mga lakang sa pagproseso.
②Mas Ubos nga Birefringence: 0.004 vs 0.07
Ang taas nga birefringence sa lithium niobate (LNOI) mahimong mahagiton usahay, labi na kay ang mga waveguide bends mahimong hinungdan sa mode coupling ug mode hybridization. Sa nipis nga LNOI, ang usa ka bend sa waveguide mahimong partially nga makakabig sa TE light ngadto sa TM light, nga makapakomplikado sa paghimo sa pipila ka passive devices, sama sa mga filter.
Uban sa LTOI, ang mas ubos nga birefringence nagwagtang niini nga isyu, nga posibleng makapahimo niini nga mas sayon sa paghimo og mga high-performance passive device. Ang EPFL nagtaho usab og talagsaong mga resulta, nga naggamit sa ubos nga birefringence sa LTOI ug sa kawalay mode-crossing aron makab-ot ang ultra-wide-spectrum electro-optic frequency comb generation nga adunay flat dispersion control sa usa ka halapad nga spectral range. Kini miresulta sa usa ka impresibong 450 nm comb bandwidth nga adunay sobra sa 2000 comb lines, pipila ka pilo nga mas dako kaysa sa makab-ot sa lithium niobate. Kung itandi sa Kerr optical frequency combs, ang electro-optic combs nagtanyag og bentaha nga walay threshold ug mas lig-on, bisan kung nanginahanglan kini og high-power microwave input.
③Mas Taas nga Optical Damage Threshold
Ang optical damage threshold sa LTOI doble sa LNOI, nga nagtanyag og bentaha sa mga nonlinear nga aplikasyon (ug posible sa umaabot nga mga aplikasyon sa Coherent Perfect Absorption (CPO)). Ang kasamtangang lebel sa gahum sa optical module dili lagmit nga makadaot sa lithium niobate.
④Ubos nga Epekto sa Raman
Kini may kalabotan usab sa mga nonlinear nga aplikasyon. Ang Lithium niobate adunay kusog nga Raman effect, nga sa mga aplikasyon sa Kerr optical frequency comb mahimong mosangpot sa dili gusto nga Raman light generation ug makakuha og kompetisyon, nga makapugong sa x-cut lithium niobate optical frequency combs nga makaabot sa soliton state. Uban sa LTOI, ang Raman effect mahimong mapugngan pinaagi sa crystal orientation design, nga nagtugot sa x-cut LTOI nga makab-ot ang soliton optical frequency comb generation. Kini makapahimo sa monolithic integration sa soliton optical frequency combs nga adunay high-speed modulators, usa ka butang nga dili makab-ot sa LNOI.
◆ Ngano nga Wala Nahisgoti ang Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) Kaniadto?
Ang Lithium tantalate adunay mas ubos nga temperatura sa Curie kaysa sa lithium niobate (610°C vs. 1157°C). Sa wala pa ang pag-uswag sa teknolohiya sa heterointegration (XOI), ang mga lithium niobate modulator gihimo gamit ang titanium diffusion, nga nanginahanglan og annealing sa sobra sa 1000°C, nga naghimo sa LTOI nga dili angay. Bisan pa, sa pagbalhin karon ngadto sa paggamit sa mga substrate sa insulator ug waveguide etching alang sa pagporma sa modulator, ang 610°C nga temperatura sa Curie labaw pa sa igo.
◆ Ang Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) ba ang Mopuli sa Thin-Film Lithium Niobate (TFLN)?
Base sa kasamtangang panukiduki, ang LTOI nagtanyag og mga bentaha sa passive performance, kalig-on, ug dako nga gasto sa produksiyon, nga walay klarong mga disbentaha. Bisan pa, ang LTOI wala molabaw sa lithium niobate sa modulation performance, ug ang mga isyu sa kalig-on sa LNOI adunay nahibal-an nga mga solusyon. Alang sa mga communication DR module, gamay ra ang panginahanglan alang sa mga passive component (ug ang silicon nitride mahimong gamiton kung kinahanglan). Dugang pa, gikinahanglan ang mga bag-ong pamuhunan aron matukod pag-usab ang mga proseso sa wafer-level etching, mga teknik sa heterointegration, ug pagsulay sa kasaligan (ang kalisud sa lithium niobate etching dili ang waveguide apan ang pagkab-ot sa high-yield wafer-level etching). Busa, aron makigkompetensya sa natukod nga posisyon sa lithium niobate, ang LTOI mahimong kinahanglan nga magdiskobre sa dugang nga mga bentaha. Bisan pa, sa akademiko, ang LTOI nagtanyag og hinungdanon nga potensyal sa panukiduki alang sa integrated on-chip systems, sama sa octave-spanning electro-optic combs, PPLT, soliton ug AWG wavelength division devices, ug array modulators.
Oras sa pag-post: Nob-08-2024