Maldika-filma litia tantalato (LTOI) materialo aperas kiel grava nova forto en la kampo de integra optiko. Ĉi-jare, pluraj altnivelaj verkoj pri LTOI-moduliloj estis publikigitaj, kun altkvalitaj LTOI-blatoj provizitaj de Profesoro Xin Ou de la Ŝanhaja Instituto de Mikrosistemo kaj Informa Teknologio, kaj altkvalitaj ondgvidilaj gravuraj procezoj evoluigitaj de la grupo de Profesoro Kippenberg ĉe EPFL, Svislando. Iliaj kunlaboraj klopodoj montris imponajn rezultojn. Krome, esplorteamoj de la Universitato de Ĝeĝjango gvidataj de Profesoro Liu Liu kaj la Universitato de Harvard gvidataj de Profesoro Loncar ankaŭ raportis pri altrapidaj, altstabilecaj LTOI-moduliloj.
Kiel proksima parenco de maldikfilma litia niobato (LNOI), LTOI konservas la altrapidan moduladon kaj malalt-perdajn karakterizaĵojn de litia niobato, samtempe ofertante avantaĝojn kiel malalta kosto, malalta duobla refrakto kaj reduktitaj fotorefraktaj efikoj. Komparo de la ĉefaj karakterizaĵoj de la du materialoj estas prezentita sube.
◆ Similecoj inter Litia Tantalato (LTOI) kaj Litia Niobato (LNOI)
①Refrakta Indekso:2.12 kontraŭ 2.21
Tio implicas, ke la unu-reĝimaj ondgvidilaj dimensioj, kurbradiuso, kaj komunaj pasivaj aparatoj laŭ ambaŭ materialoj estas tre similaj, kaj ilia fibrokuplada agado ankaŭ estas komparebla. Kun bona ondgvidila gravurado, ambaŭ materialoj povas atingi enmetperdon de<0,1 dB/cm. EPFL raportas ondgvidistan perdon de 5,6 dB/m.
2Elektro-optika koeficiento:30.5 pm/V kontraŭ 30.9 pm/V
La modulada efikeco estas komparebla por ambaŭ materialoj, kun modulado bazita sur la Pockels-efiko, permesante altan bendlarĝon. Nuntempe, LTOI-moduliloj kapablas atingi 400G po leno-rendimenton, kun bendlarĝo superanta 110 GHz.
3Bendbreĉo:3,93 eV kontraŭ 3,78 eV
Ambaŭ materialoj havas larĝan travideblan fenestron, subtenante aplikojn de videblaj ĝis infraruĝaj ondolongoj, sen sorbado en la komunikaj bendoj.
④Duaorda Nelineara Koeficiento (d33):21 ptm/V kontraŭ 27 ptm/V
Se uzata por nelinearaj aplikoj kiel ekzemple duaharmona generado (SHG), diferenc-frekvenca generado (DFG), aŭ sum-frekvenca generado (SFG), la konvertaj efikecoj de la du materialoj devus esti tre similaj.
◆ Kosta avantaĝo de LTOI kontraŭ LNOI
①Pli malalta kosto de preparado de oblato
LNOI postulas He-jonan implantadon por tavolapartigo, kiu havas malaltan jonigan efikecon. Kontraste, LTOI uzas H₂-jonan implantadon por apartigo, simile al SOI, kun delaminiga efikeco pli ol 10 fojojn pli alta ol LNOI. Tio rezultigas signifan prezdiferencon por 6-colaj oblatoj: 300 USD kontraŭ 2000 USD, 85%-a kostredukto.
2Ĝi jam estas vaste uzata en la merkato de konsumelektroniko por akustikaj filtriloj.(750 000 ekzempleroj ĉiujare, uzataj de Samsung, Apple, Sony, ktp.).
◆ Avantaĝoj pri rendimento de LTOI kontraŭ LNOI
①Malpli da Materialaj Difektoj, Pli Malforta Fotorefrakta Efiko, Pli da Stabileco
Komence, LNOI-moduliloj ofte montris drivon de biasa punkto, ĉefe pro ŝarga amasiĝo kaŭzita de difektoj ĉe la ondgvidila interfaco. Se netraktitaj, ĉi tiuj aparatoj povus bezoni ĝis unu tagon por stabiliĝi. Tamen, diversaj metodoj estis evoluigitaj por trakti ĉi tiun problemon, kiel ekzemple uzado de metaloksida tegaĵo, substrata polarigo kaj kalcinado, igante ĉi tiun problemon plejparte administrebla nun.
Kontraste, LTOI havas malpli da materialaj difektoj, kio kondukas al signife reduktitaj drivaj fenomenoj. Eĉ sen plia prilaborado, ĝia funkcianta punkto restas relative stabila. Similajn rezultojn raportis EPFL, Harvard kaj la Universitato de Ĝeĝjango. Tamen, la komparo ofte uzas netraktitajn LNOI-modulatorojn, kio eble ne estas tute justa; kun prilaborado, la agado de ambaŭ materialoj estas verŝajne simila. La ĉefa diferenco kuŝas en tio, ke LTOI postulas malpli da pliaj prilaboraj paŝoj.
2Pli malalta duobla refrakto: 0,004 kontraŭ 0,07
La alta duobla refrakto de litia niobato (LNOI) povas esti defia kelkfoje, precipe ĉar kurboj de ondgvidiloj povas kaŭzi reĝiman kupladon kaj reĝiman hibridigon. En maldika LNOI, kurbo en la ondgvidilo povas parte konverti TE-lumon en TM-lumon, malfaciligante la fabrikadon de certaj pasivaj aparatoj, kiel filtriloj.
Kun LTOI, la pli malalta birefringenco forigas ĉi tiun problemon, eble faciligante la disvolvon de alt-efikecaj pasivaj aparatoj. EPFL ankaŭ raportis rimarkindajn rezultojn, utiligante la malaltan birefringencon de LTOI kaj la foreston de reĝimkruciĝo por atingi ultra-larĝspektran elektro-optikan frekvenckombilan generadon kun plata disperskontrolo trans larĝa spektra gamo. Ĉi tio rezultigis imponan 450-nm kombilan bendlarĝon kun pli ol 2000 kombillinioj, plurajn fojojn pli grandan ol tio, kio povas esti atingita per litia niobato. Kompare kun Kerr-optikaj frekvenckombiloj, elektro-optikaj kombiloj ofertas la avantaĝon esti sen sojlo kaj pli stabilaj, kvankam ili postulas altpotencan mikroondan eniron.
3Pli alta optika damaĝsojlo
La sojlo de optika difekto de LTOI estas duoble pli alta ol tiu de LNOI, ofertante avantaĝon en nelinearaj aplikoj (kaj eble estontaj aplikoj de Kohera Perfekta Absorbado (CPO)). Nunaj potenconiveloj de optika modulo verŝajne ne difektos litian niobaton.
④Malalta Raman-efiko
Ĉi tio ankaŭ rilatas al nelinearaj aplikoj. Litia niobato havas fortan Ramanan efikon, kiu en aplikoj de Kerr-optikaj frekvenckombiloj povas konduki al nedezirata Ramana lumgenerado kaj gajnokonkurado, malhelpante x-tranĉitajn litiajn niobatajn optikajn frekvenckombilojn atingi la solitonan staton. Kun LTOI, la Ramana efiko povas esti subpremita per kristala orientiĝa dezajno, permesante al x-tranĉita LTOI atingi solitonan optikan frekvenckombilan generadon. Ĉi tio ebligas la monolitan integriĝon de solitonaj optikaj frekvenckombiloj kun altrapidaj modulatoroj, atingo ne atingebla per LNOI.
◆ Kial Maldika Filma Litia Tantalato (LTOI) Ne Estis Menciita Antaŭe?
Litia tantalato havas pli malaltan Curie-temperaturon ol litia niobato (610 °C kontraŭ 1157 °C). Antaŭ la disvolviĝo de heterointegriĝa teknologio (XOI), litiaj niobataj modulatoroj estis fabrikitaj uzante titanian difuzon, kiu postulas kalcinadon je pli ol 1000 °C, igante LTOI netaŭga. Tamen, kun la hodiaŭa ŝanĝo al uzado de izolaj substratoj kaj ondgvidila gravurado por modulatora formado, 610 °C Curie-temperaturo estas pli ol sufiĉa.
◆ Ĉu maldika-filma litia tantalato (LTOI) anstataŭigos maldika-filman litian niobaton (TFLN)?
Surbaze de nunaj esploroj, LTOI ofertas avantaĝojn rilate al pasiva agado, stabileco, kaj grandskala produktokosto, sen ŝajnaj malavantaĝoj. Tamen, LTOI ne superas litian niobaton rilate al modulada agado, kaj stabilecaj problemoj kun LNOI havas konatajn solvojn. Por komunikadaj DR-moduloj, ekzistas minimuma postulo je pasivaj komponantoj (kaj silicia nitrido povus esti uzata se necese). Plie, novaj investoj estas necesaj por restarigi skrapajn procezojn je valf-nivelaj, heterointegrigajn teknikojn, kaj fidindectestojn (la malfacilaĵo kun litia niobata skrapado ne estis la ondgvidilo, sed atingi alt-rendimentan skrapadan skrapadon je valf-nivela). Tial, por konkuri kun la establita pozicio de litia niobato, LTOI eble bezonos malkovri pliajn avantaĝojn. Akademie, tamen, LTOI ofertas signifan esplorpotencialon por integraj sur-ĉipaj sistemoj, kiel ekzemple oktav-enirantaj elektro-optikaj kombiloj, PPLT, solitonaj kaj AWG-ondolongaj dividaj aparatoj, kaj aro-modulatoroj.
Afiŝtempo: 8-a de novembro 2024