Ang thin-film lithium tantalate (LTOI) nga materyal mitumaw isip usa ka mahinungdanong bag-ong puwersa sa integrated optics field. Karong tuiga, daghang mga high-level nga trabaho sa LTOI modulators ang na-publish, nga adunay taas nga kalidad nga mga wafer sa LTOI nga gihatag ni Propesor Xin Ou gikan sa Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, ug taas nga kalidad nga mga proseso sa pag-etching sa waveguide nga gihimo sa grupo ni Propesor Kippenberg sa EPFL , Switzerland. Ang ilang pagtinabangay nga mga paningkamot nagpakita sa impresibo nga mga resulta. Dugang pa, ang mga research team gikan sa Zhejiang University nga gipangulohan ni Propesor Liu Liu ug Harvard University nga gipangulohan ni Propesor Loncar nagtaho usab sa high-speed, high-stability nga LTOI modulators.
Isip usa ka suod nga paryente sa thin-film lithium niobate (LNOI), gipabilin sa LTOI ang high-speed modulation ug low-loss nga mga kinaiya sa lithium niobate samtang nagtanyag usab og mga bentaha sama sa ubos nga gasto, ubos nga birefringence, ug pagkunhod sa mga epekto sa photorefractive. Ang pagtandi sa mga nag-unang kinaiya sa duha ka mga materyales gipresentar sa ubos.
◆ Pagkaparehas tali sa Lithium Tantalate (LTOI) ug Lithium Niobate (LNOI)
①Refractive Index:2.12 batok sa 2.21
Kini nagpasabot nga ang single-mode waveguide nga mga dimensyon, bending radius, ug kasagarang passive device nga mga gidak-on base sa duha ka mga materyales susama kaayo, ug ang ilang fiber coupling performance susama usab. Uban sa maayo nga waveguide etching, ang duha ka mga materyales makab-ot sa usa ka pagsal-ot pagkawala sa<0.1 dB/cm. Gi-report sa EPFL ang pagkawala sa waveguide nga 5.6 dB/m.
②Electro-optic Coefficient:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
Ang kahusayan sa modulasyon ikatandi alang sa duha nga mga materyales, nga adunay modulasyon nga gibase sa epekto sa Pockels, nga gitugotan ang taas nga bandwidth. Sa pagkakaron, ang LTOI modulators makahimo sa pagkab-ot sa 400G kada lane performance, nga adunay bandwidth nga molapas sa 110 GHz.
③Bandgap:3.93 eV batok sa 3.78 eV
Ang duha nga mga materyales adunay usa ka halapad nga transparent nga bintana, pagsuporta sa mga aplikasyon gikan sa makita hangtod sa infrared nga mga wavelength, nga wala’y pagsuyup sa mga banda sa komunikasyon.
④Second-Order Nonlinear Coefficient (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
Kung gigamit alang sa nonlinear nga mga aplikasyon sama sa ikaduhang harmonic generation (SHG), difference-frequency generation (DFG), o sum-frequency generation (SFG), ang conversion efficiencies sa duha ka mga materyales kinahanglang magkaparehas.
◆ Gasto nga Bentaha sa LTOI batok sa LNOI
①Ubos nga Gasto sa Pagpangandam sa Wafer
Ang LNOI nagkinahanglan sa He ion implantation alang sa layer separation, nga adunay ubos nga ionization efficiency. Sa kasukwahi, ang LTOI naggamit sa H ion implantation para sa separation, susama sa SOI, nga adunay delamination efficiency nga labaw sa 10 ka pilo nga mas taas kaysa LNOI. Nagresulta kini sa usa ka mahinungdanong kalainan sa presyo alang sa 6-pulgada nga mga wafer: $300 kumpara sa $2000, usa ka 85% nga pagkunhod sa gasto.
②Kini kaylap nga gigamit sa merkado sa consumer electronics alang sa mga acoustic filter(750,000 ka yunit matag tuig, gigamit sa Samsung, Apple, Sony, ug uban pa).
◆ Mga Kaayohan sa Pagganap sa LTOI batok sa LNOI
①Diyutay nga mga Depekto sa Materyal, Mas Huyang nga Epekto sa Photorefractive, Mas Kalig-on
Sa sinugdan, ang mga modulator sa LNOI kanunay nga nagpakita sa bias point drift, labi na tungod sa pagtipon sa bayad tungod sa mga depekto sa interface sa waveguide. Kung dili matambalan, kini nga mga aparato mahimong molungtad hangtod sa usa ka adlaw aron ma-stabilize. Bisan pa, lainlain nga mga pamaagi ang gihimo aron matubag kini nga isyu, sama sa paggamit sa metal oxide cladding, substrate polarization, ug annealing, nga naghimo niini nga problema sa kadaghanan nga madumala karon.
Sa kasukwahi, ang LTOI adunay mas gamay nga materyal nga mga depekto, nga mitultol ngadto sa mahinungdanon nga pagkunhod sa drift phenomena. Bisan kung wala’y dugang nga pagproseso, ang operating point niini nagpabilin nga lig-on. Ang susamang mga resulta gitaho sa EPFL, Harvard, ug Zhejiang University. Bisan pa, ang pagtandi sa kasagaran naggamit sa wala matambalan nga LNOI modulators, nga mahimong dili hingpit nga patas; uban sa pagproseso, ang performance sa duha ka mga materyales mao ang lagmit susama. Ang nag-unang kalainan naa sa LTOI nga nanginahanglan gamay nga dugang nga mga lakang sa pagproseso.
②Ubos nga Birefringence: 0.004 vs 0.07
Ang taas nga birefringence sa lithium niobate (LNOI) mahimong mahagit usahay, labi na nga ang pagliko sa waveguide mahimong hinungdan sa mode coupling ug mode hybridization. Sa nipis nga LNOI, ang usa ka liko sa waveguide mahimong partially convert ang TE light ngadto sa TM light, nga makapakomplikado sa paghimo sa pipila ka passive device, sama sa mga filter.
Uban sa LTOI, ang ubos nga birefringence nagwagtang niini nga isyu, nga posibleng makapasayon sa paghimo og high-performance passive device. Gi-report usab sa EPFL ang talagsaong mga resulta, nga naggamit sa ubos nga birefringence sa LTOI ug wala sa mode-crossing aron makab-ot ang ultra-wide-spectrum electro-optic frequency comb generation nga adunay flat dispersion control sa lapad nga spectral range. Nagresulta kini sa usa ka impresibo nga 450 nm comb bandwidth nga adunay kapin sa 2000 nga comb lines, daghang beses nga mas dako kaysa kung unsa ang mahimo sa lithium niobate. Kung itandi sa Kerr optical frequency combs, ang electro-optic combs nagtanyag sa bentaha nga mahimong threshold-free ug mas lig-on, bisan pa nagkinahanglan sila og high-power microwave input.
③Taas nga Optical Damage Threshold
Ang optical damage threshold sa LTOI doble kay sa LNOI, nga nagtanyag ug bentaha sa nonlinear nga mga aplikasyon (ug posibleng umaabot nga Coherent Perfect Absorption (CPO) nga mga aplikasyon). Ang karon nga lebel sa gahum sa optical module dili tingali makadaot sa lithium niobate.
④Ubos nga Epekto sa Raman
May kalabotan usab kini sa mga nonlinear nga aplikasyon. Ang Lithium niobate adunay kusog nga epekto sa Raman, nga sa Kerr optical frequency comb nga mga aplikasyon mahimong mosangpot sa dili gusto nga Raman light generation ug makaangkon og kompetisyon, nga makapugong sa x-cut lithium niobate optical frequency combs gikan sa pagkab-ot sa soliton state. Uban sa LTOI, ang Raman nga epekto mahimong pugngan pinaagi sa kristal nga orientation nga disenyo, nga nagtugot sa x-cut LTOI nga makab-ot ang soliton optical frequency comb generation. Gitugotan niini ang monolithic integration sa soliton optical frequency combs nga adunay high-speed modulators, usa ka kalampusan nga dili makab-ot sa LNOI.
◆ Ngano nga Wala Gihisgotan ang Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) kaniadto?
Ang Lithium tantalate adunay mas ubos nga temperatura sa Curie kay sa lithium niobate (610 ° C vs. 1157 ° C). Sa wala pa ang pag-uswag sa teknolohiya sa heterointegration (XOI), ang mga modulator sa lithium niobate gihimo gamit ang titanium diffusion, nga nanginahanglan pag-annealing sa sobra sa 1000 ° C, nga naghimo sa LTOI nga dili angay. Bisan pa, sa pagbalhin karon sa paggamit sa mga substrate sa insulator ug pag-ukit sa waveguide alang sa pagporma sa modulator, ang temperatura nga 610 ° C Curie labi pa sa igo.
◆ Mapulihan ba sa Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) ang Thin-Film Lithium Niobate (TFLN)?
Base sa kasamtangang panukiduki, ang LTOI nagtanyag og mga bentaha sa passive performance, stability, ug dako nga gasto sa produksyon, nga walay dayag nga disbentaha. Bisan pa, ang LTOI dili milabaw sa lithium niobate sa modulasyon nga pasundayag, ug ang mga isyu sa kalig-on sa LNOI adunay nahibal-an nga mga solusyon. Alang sa komunikasyon DR modules, adunay gamay nga panginahanglan alang sa passive components (ug silicon nitride mahimong gamiton kon gikinahanglan). Dugang pa, gikinahanglan ang mga bag-ong puhunan aron ma-establisar pag-usab ang mga proseso sa wafer-level etching, heterointegration techniques, ug reliability testing (ang kalisud sa lithium niobate etching dili mao ang waveguide kondili ang pagkab-ot sa high-yield wafer-level etching). Busa, aron makigkompetensya sa natukod nga posisyon sa lithium niobate, ang LTOI mahimong kinahanglan nga magpadayag sa dugang nga mga bentaha. Sa akademya, bisan pa, ang LTOI nagtanyag hinungdanon nga potensyal sa panukiduki alang sa mga integrated on-chip nga sistema, sama sa octave-spanning electro-optic combs, PPLT, soliton ug AWG wavelength division device, ug array modulators.
Oras sa pag-post: Nob-08-2024