Նիհար թաղանթով լիթիում տանտալատ (LTOI) նյութը ի հայտ է գալիս որպես զգալի նոր ուժ ինտեգրված օպտիկայի ոլորտում: Այս տարի հրապարակվել են մի քանի բարձր մակարդակի աշխատանքներ LTOI մոդուլյատորների վերաբերյալ, բարձրորակ LTOI վաֆլիներով, որոնք տրամադրվել են Շանհայի միկրոհամակարգերի և տեղեկատվական տեխնոլոգիաների ինստիտուտի պրոֆեսոր Սին Օուի կողմից, ինչպես նաև բարձրորակ ալիքատար փորագրման գործընթացներ, որոնք մշակվել են EPFL-ում պրոֆեսոր Կիպենբերգի խմբի կողմից: , Շվեյցարիա. Նրանց համատեղ ջանքերը տպավորիչ արդյունքներ են ցույց տվել: Բացի այդ, Չժեցզյան համալսարանի հետազոտական թիմերը՝ պրոֆեսոր Լյու Լիուի և Հարվարդի համալսարանի պրոֆեսոր Լոնկարի գլխավորությամբ, նույնպես զեկուցել են բարձր արագությամբ, բարձր կայուն LTOI մոդուլատորների մասին:
Լինելով բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատի (LNOI) մերձավոր ազգականը, LTOI-ն պահպանում է լիթիումի նիոբատի բարձր արագության մոդուլյացիան և ցածր կորստի բնութագրերը, միևնույն ժամանակ առաջարկում է առավելություններ, ինչպիսիք են ցածր արժեքը, ցածր կրկնակի ռեֆրինգը և նվազեցված ֆոտոռեֆրակցիոն էֆեկտները: Ստորև ներկայացված է երկու նյութերի հիմնական բնութագրերի համեմատությունը:
◆ Լիթիումի տանտալատի (LTOI) և լիթիումի նիոբատի (LNOI) նմանությունները
①Refractive Index:2.12 ընդդեմ 2.21
Սա ենթադրում է, որ մեկ ռեժիմով ալիքատարի չափսերը, ճկման շառավիղը և երկու նյութերի վրա հիմնված սովորական պասիվ սարքերի չափերը շատ նման են, և դրանց մանրաթելերի միացման աշխատանքը նույնպես համեմատելի է: Լավ ալիքի փորագրման դեպքում երկու նյութերն էլ կարող են հասնել ներդիրի կորստի<0,1 դԲ/սմ. EPFL-ը հաղորդում է ալիքատարի կորուստ 5,6 դԲ/մ:
②Էլեկտրաօպտիկական գործակից.30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
Մոդուլյացիայի արդյունավետությունը համադրելի է երկու նյութերի համար էլ՝ Pockels էֆեկտի վրա հիմնված մոդուլյացիայով, ինչը թույլ է տալիս բարձր թողունակություն: Ներկայումս LTOI մոդուլյատորներն ի վիճակի են հասնել 400Գ յուրաքանչյուր գծի կատարման՝ 110 ԳՀց-ից ավելի թողունակությամբ:
③Bandgap:3,93 ԷՎ ընդդեմ 3,78 ԷՎ
Երկու նյութերն էլ ունեն լայն թափանցիկ պատուհան, որն աջակցում է տեսանելիից մինչև ինֆրակարմիր ալիքների երկարություններին, առանց կլանման հաղորդակցման շերտերում:
④Երկրորդ կարգի ոչ գծային գործակից (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
Եթե օգտագործվում է ոչ գծային կիրառումների համար, ինչպիսիք են երկրորդ ներդաշնակության (SHG), տարբերություն-հաճախականության (DFG) կամ գումարային հաճախականության (SFG), երկու նյութերի փոխակերպման արդյունավետությունը միանգամայն նման է:
◆ LTOI-ի արժեքի առավելությունն ընդդեմ LNOI-ի
①Վաֆլի պատրաստման ցածր արժեքը
LNOI-ը պահանջում է He իոնային իմպլանտացիա՝ շերտի բաժանման համար, որն ունի ցածր իոնացման արդյունավետություն: Ի հակադրություն, LTOI-ն օգտագործում է H իոնային իմպլանտացիա տարանջատման համար, որը նման է SOI-ին, որի շերտազատման արդյունավետությունը 10 անգամ ավելի բարձր է, քան LNOI-ը: Սա հանգեցնում է 6 դյույմանոց վաֆլիների գների զգալի տարբերության՝ $300 ընդդեմ $2000-ի, ծախսերի 85% նվազում:
②Այն արդեն լայնորեն կիրառվում է սպառողական էլեկտրոնիկայի շուկայում ակուստիկ ֆիլտրերի համար(տարեկան 750,000 միավոր, որն օգտագործվում է Samsung-ի, Apple-ի, Sony-ի և այլնի կողմից):
◆ LTOI-ի կատարողական առավելություններն ընդդեմ LNOI-ի
①Ավելի քիչ նյութական թերություններ, ավելի թույլ ֆոտոռեֆրակցիոն էֆեկտ, ավելի կայունություն
Սկզբում LNOI մոդուլյատորները հաճախ ցուցադրում էին կողմնակալության կետի շեղում, հիմնականում ալիքատարի միջերեսի թերությունների պատճառով առաջացած լիցքի կուտակման պատճառով: Չբուժվելու դեպքում այս սարքերի կայունացումը կարող է տևել մինչև մեկ օր: Այնուամենայնիվ, այս խնդիրը լուծելու համար մշակվել են տարբեր մեթոդներ, ինչպիսիք են մետաղի օքսիդի ծածկույթի օգտագործումը, ենթաշերտի բևեռացումը և կռումը, ինչը այս խնդիրը մեծապես կառավարելի է դարձնում այժմ:
Ի հակադրություն, LTOI-ն ունի ավելի քիչ նյութական թերություններ, ինչը հանգեցնում է դրեյֆի երևույթների զգալի կրճատմանը: Նույնիսկ առանց լրացուցիչ մշակման, դրա գործառնական կետը մնում է համեմատաբար կայուն: Նման արդյունքներ են արձանագրվել EPFL-ի, Հարվարդի և Չժեցզյան համալսարանի կողմից: Այնուամենայնիվ, համեմատությունը հաճախ օգտագործում է չմշակված LNOI մոդուլատորներ, որոնք կարող են լիովին արդար չլինել. վերամշակման դեպքում երկու նյութերի կատարումը, հավանաբար, նման է: Հիմնական տարբերությունը LTOI-ի մեջ է, որը պահանջում է ավելի քիչ լրացուցիչ մշակման քայլեր:
②Ստորին երկհարվածություն՝ 0,004 ընդդեմ 0,07-ի
Լիթիումի նիոբատի (LNOI) բարձր երկհարվածությունը երբեմն կարող է դժվար լինել, հատկապես, քանի որ ալիքատարի թեքությունները կարող են առաջացնել ռեժիմի միացում և ռեժիմի հիբրիդացում: Բարակ LNOI-ում ալիքատարի թեքումը կարող է մասամբ TE լույսը վերածել TM լույսի, ինչը բարդացնում է որոշակի պասիվ սարքերի արտադրությունը, ինչպիսիք են ֆիլտրերը:
LTOI-ի հետ ավելի ցածր երկբեկումը վերացնում է այս խնդիրը՝ պոտենցիալ հեշտացնելով բարձր արդյունավետությամբ պասիվ սարքերի մշակումը: EPFL-ը նաև հաղորդել է ուշագրավ արդյունքներ՝ օգտագործելով LTOI-ի ցածր երկհարվածությունը և ռեժիմի խաչմերուկի բացակայությունը՝ հասնելու ծայրահեղ լայն սպեկտրի էլեկտրաօպտիկական հաճախականության սանրերի արտադրության՝ հարթ ցրման կառավարմամբ լայն սպեկտրային տիրույթում: Սա հանգեցրեց տպավորիչ 450 նմ սանրային թողունակության ավելի քան 2000 սանր գծերով, մի քանի անգամ ավելի մեծ, քան այն, ինչ կարելի է ձեռք բերել լիթիումի նիոբատով: Համեմատելով Kerr օպտիկական հաճախականության սանրերի հետ՝ էլեկտրաօպտիկական սանրերն առաջարկում են շեմից զերծ և ավելի կայուն լինելու առավելությունը, թեև դրանք պահանջում են բարձր հզորությամբ միկրոալիքային վառարան:
③Օպտիկական վնասի ավելի բարձր շեմ
LTOI-ի օպտիկական վնասի շեմը երկու անգամ գերազանցում է LNOI-ին, ինչը առավելություն է տալիս ոչ գծային կիրառություններին (և հնարավոր ապագա Համահունչ կատարյալ կլանման (CPO) հավելվածներում): Օպտիկական մոդուլի ներկայիս հզորության մակարդակները դժվար թե վնասեն լիթիումի նիոբատին:
④Ցածր Raman էֆեկտ
Սա վերաբերում է նաև ոչ գծային կիրառություններին: Լիթիումի նիոբատն ունի ուժեղ Raman էֆեկտ, որը Kerr օպտիկական հաճախականության սանրների կիրառման դեպքում կարող է հանգեցնել անցանկալի Raman լույսի առաջացման և մրցակցության առաջացման՝ թույլ չտալով, որ x-cut lithium niobate օպտիկական հաճախականության սանրերը հասնեն սոլիտոնի վիճակի: LTOI-ի միջոցով Raman-ի էֆեկտը կարող է ճնշվել բյուրեղային կողմնորոշման ձևավորման միջոցով, ինչը թույլ է տալիս x-cut LTOI-ին հասնել սոլիտոնի օպտիկական հաճախականության սանրի արտադրության: Սա հնարավորություն է տալիս սոլիտոնի օպտիկական հաճախականության սանրերի միաձույլ ինտեգրումը բարձր արագությամբ մոդուլյատորների հետ, ինչը հնարավոր չէ հասնել LNOI-ի հետ:
◆ Ինչու՞ ավելի վաղ չի հիշատակվել բարակ թաղանթով լիթիումի տանտալատը (LTOI):
Լիթիումի տանտալատն ունի Կյուրիի ավելի ցածր ջերմաստիճան, քան լիթիումի նիոբատը (610°C ընդդեմ 1157°C-ի): Մինչ հետերոինտեգրման տեխնոլոգիայի (XOI) զարգացումը, լիթիումի նիոբատի մոդուլյատորները արտադրվում էին տիտանի դիֆուզիայի միջոցով, որը պահանջում է եռացում 1000°C-ից ավելի ջերմաստիճանում՝ դարձնելով LTOI-ն ոչ պիտանի: Այնուամենայնիվ, մոդուլատորի ձևավորման համար մեկուսիչի ենթաշերտերի և ալիքատարի փորագրմանն ուղղված այսօրվա տեղաշարժով, Կյուրիի 610°C ջերմաստիճանն ավելի քան բավարար է:
◆ Արդյո՞ք բարակ թաղանթով լիթիումի տանտալատը (LTOI) կփոխարինի բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատին (TFLN):
Ընթացիկ հետազոտությունների հիման վրա LTOI-ն առաջարկում է առավելություններ պասիվ կատարողականության, կայունության և արտադրության լայնածավալ արժեքի առումով՝ առանց ակնհայտ թերությունների: Այնուամենայնիվ, LTOI-ն չի գերազանցում լիթիումի նիոբատին մոդուլյացիայի կատարողականությամբ, և LNOI-ի հետ կայունության խնդիրները հայտնի լուծումներ ունեն: Կապի DR մոդուլների համար կա պասիվ բաղադրիչների նվազագույն պահանջարկ (և անհրաժեշտության դեպքում կարող է օգտագործվել սիլիցիումի նիտրիդ): Բացի այդ, նոր ներդրումներ են պահանջվում վաֆլի մակարդակի փորագրման գործընթացները, հետերոինտեգրման տեխնիկան և հուսալիության փորձարկումը վերականգնելու համար (լիթիումի նիոբատի փորագրման դժվարությունը ալիքատարը չէր, այլ վաֆլի մակարդակով փորագրման բարձր եկամտաբերությունը): Հետևաբար, լիթիումի նիոբատի հաստատված դիրքի հետ մրցելու համար LTOI-ն կարող է անհրաժեշտ լինել բացահայտելու հետագա առավելությունները: Ակադեմիական առումով, սակայն, LTOI-ն առաջարկում է զգալի հետազոտական ներուժ ինտեգրված չիպային համակարգերի համար, ինչպիսիք են օկտավա տարածվող էլեկտրաօպտիկական սանրերը, PPLT, սոլիտոն և AWG ալիքի երկարության բաժանման սարքերը և զանգվածի մոդուլյատորները:
Հրապարակման ժամանակը` նոյ-08-2024