Yupqa plyonkali lityum tantalat (LTOI) materiali integratsiyalashgan optika sohasida muhim yangi kuch sifatida paydo bo'lmoqda. Bu yil LTOI modulyatorlari bo'yicha bir nechta yuqori darajadagi ishlar nashr etildi, jumladan, Shanxay Mikrosistema va Axborot Texnologiyalari Institutidan professor Xin Ou tomonidan taqdim etilgan yuqori sifatli LTOI plitalari va Shveytsariyaning EPFL universitetidagi professor Kippenberg guruhi tomonidan ishlab chiqilgan yuqori sifatli to'lqin yo'riqnomasini o'yib ishlash jarayonlari. Ularning hamkorlikdagi sa'y-harakatlari ta'sirchan natijalarni ko'rsatdi. Bundan tashqari, professor Liu Liu boshchiligidagi Zhejiang universiteti va professor Loncar boshchiligidagi Garvard universitetining tadqiqot guruhlari ham yuqori tezlikdagi, yuqori barqarorlikdagi LTOI modulyatorlari haqida xabar berishdi.
Yupqa plyonkali lityum niobat (LNOI) ning yaqin qarindoshi sifatida, LTOI lityum niobatning yuqori tezlikdagi modulyatsiya va past yo'qotish xususiyatlarini saqlab qoladi, shu bilan birga arzon narx, past ikki tomonlama sindirish va fotorefraktsiya effektlarining kamayishi kabi afzalliklarni ham taqdim etadi. Ikkala materialning asosiy xususiyatlarini taqqoslash quyida keltirilgan.
◆ Litiy Tantalat (LTOI) va Litiy Niobat (LNOI) o'rtasidagi o'xshashliklar
①Sinish ko'rsatkichi:2.12 va 2.21
Bu shuni anglatadiki, ikkala materialga asoslangan bitta rejimli to'lqin yo'nalishi o'lchamlari, bükme radiusi va umumiy passiv qurilma o'lchamlari juda o'xshash va ularning tolali ulanish ko'rsatkichlari ham taqqoslanadi. Yaxshi to'lqin yo'nalishi bilan ikkala material ham qo'shish yo'qotishiga erishishi mumkin<0.1 dB/sm. EPFL to'lqin yo'riqnomasining yo'qotilishi 5.6 dB/m ekanligini xabar qiladi.
②Elektro-optik koeffitsient:30.5 pm/V va 30.9 pm/V
Modulyatsiya samaradorligi ikkala material uchun ham taqqoslanadigan darajada, Pockels effektiga asoslangan modulyatsiya yuqori o'tkazish qobiliyatini ta'minlaydi. Hozirgi vaqtda LTOI modulyatorlari har bir yo'lak uchun 400G ishlashga erishishga qodir, o'tkazish qobiliyati esa 110 gigagertsdan oshadi.
③Bandpas:3.93 eV va 3.78 eV
Ikkala material ham keng shaffof oynaga ega bo'lib, aloqa diapazonlarida yutilishsiz ko'rinadigan to'lqin uzunliklaridan infraqizil to'lqin uzunliklarigacha bo'lgan ilovalarni qo'llab-quvvatlaydi.
④Ikkinchi darajali chiziqli bo'lmagan koeffitsient (d33):Soat 21:00/V va 27:00/V
Agar ikkinchi garmonik generatsiya (SHG), farq chastotasi generatsiyasi (DFG) yoki yig'indi chastotasi generatsiyasi (SFG) kabi chiziqli bo'lmagan dasturlar uchun ishlatilsa, ikkita materialning konversiya samaradorligi juda o'xshash bo'lishi kerak.
◆ LTOI va LNOI ning iqtisodiy ustunligi
①Gofret tayyorlashning arzonroq narxi
LNOI qatlamlarni ajratish uchun He ion implantatsiyasini talab qiladi, bu esa past ionlanish samaradorligiga ega. Bunga javoban, LTOI ajratish uchun SOI ga o'xshash H ion implantatsiyasidan foydalanadi, bu esa LNOI ga qaraganda 10 baravar yuqori delaminatsiya samaradorligiga ega. Bu 6 dyuymli plastinkalar uchun sezilarli narx farqiga olib keladi: 300 dollar va 2000 dollar, bu 85% ga arzonlashishni anglatadi.
②U allaqachon akustik filtrlar uchun iste'molchi elektronikasi bozorida keng qo'llaniladi.(Yiliga 750 000 dona, Samsung, Apple, Sony va boshqalar tomonidan ishlatiladi).
◆ LTOI va LNOI ning ishlash afzalliklari
①Kamroq material nuqsonlari, zaifroq fotorefraktiv effekt, ko'proq barqarorlik
Dastlab, LNOI modulyatorlari ko'pincha to'lqin yo'nalishi interfeysidagi nuqsonlar tufayli zaryad to'planishi tufayli noaniqlik nuqtasining siljishiga duch kelishgan. Agar ishlov berilmasa, bu qurilmalarning barqarorlashishi bir kungacha vaqt olishi mumkin. Biroq, bu muammoni hal qilish uchun turli xil usullar, masalan, metall oksidi qoplamasi, substratning polyarizatsiyasi va tavlashdan foydalanish ishlab chiqildi, bu esa bu muammoni hozirda asosan boshqarish mumkin bo'lgan holga keltirdi.
Aksincha, LTOI material nuqsonlari kamroq, bu esa siljish hodisalarini sezilarli darajada kamaytiradi. Qo'shimcha ishlov berilmasa ham, uning ish nuqtasi nisbatan barqaror bo'lib qoladi. Shunga o'xshash natijalar EPFL, Garvard va Zhejiang universiteti tomonidan xabar qilingan. Biroq, taqqoslashda ko'pincha ishlov berilmagan LNOI modulyatorlari qo'llaniladi, bu esa mutlaqo adolatli bo'lmasligi mumkin; ishlov berishda ikkala materialning ishlashi ham o'xshash bo'lishi mumkin. Asosiy farq shundaki, LTOI kamroq qo'shimcha ishlov berish bosqichlarini talab qiladi.
②Pastki birefringence: 0.004 va 0.07
Litiy niobatining (LNOI) yuqori ikki tomonlama sinishi ba'zan qiyin bo'lishi mumkin, ayniqsa to'lqin yo'nalishi egilishlari rejim ulanishi va rejim gibridlanishiga olib kelishi mumkin. Yupqa LNOIda to'lqin yo'nalishi egilishi TE nurini qisman TM nuriga aylantirishi mumkin, bu esa filtrlar kabi ba'zi passiv qurilmalarni ishlab chiqarishni murakkablashtiradi.
LTOI bilan past ikki tomonlama sinish bu muammoni bartaraf etadi va yuqori samarali passiv qurilmalarni ishlab chiqishni osonlashtiradi. EPFL shuningdek, LTOI ning past ikki tomonlama sinishi va rejim kesishishining yo'qligidan foydalanib, keng spektral diapazonda yassi dispersiyani boshqarish bilan ultra keng spektrli elektro-optik chastotali taroq generatsiyasiga erishish uchun sezilarli natijalarga erishdi. Bu lityum niobati bilan erishish mumkin bo'lganidan bir necha baravar katta bo'lgan 2000 dan ortiq taroq chiziqlari bilan ta'sirchan 450 nm taroq o'tkazish qobiliyatiga olib keldi. Kerr optik chastotali taroqlari bilan taqqoslaganda, elektro-optik taroqlar yuqori quvvatli mikroto'lqinli kirishni talab qilsa-da, chegarasiz va barqarorroq bo'lish afzalliklarini taqdim etadi.
③Yuqori optik shikastlanish chegarasi
LTOI ning optik shikastlanish chegarasi LNOI dan ikki baravar yuqori, bu esa chiziqli bo'lmagan ilovalarda (va kelajakdagi koherent mukammal yutilish (CPO) ilovalarida) ustunlik beradi. Hozirgi optik modul quvvat darajalari lityum niobatga zarar yetkazishi ehtimoldan yiroq.
④Past Raman effekti
Bu chiziqli bo'lmagan qo'llanmalarga ham tegishli. Lityum niobati kuchli Raman effektiga ega, bu Kerr optik chastotali taroqsimon qo'llanmalarida kiruvchi Raman yorug'lik hosil bo'lishiga olib kelishi va raqobatni kuchaytirishi mumkin, bu esa x-kesilgan lityum niobati optik chastotali taroqlarining soliton holatiga yetib borishiga to'sqinlik qiladi. LTOI bilan Raman effekti kristall yo'nalishi dizayni orqali bostirilishi mumkin, bu esa x-kesilgan LTOIga soliton optik chastotali taroq hosil bo'lishiga erishish imkonini beradi. Bu soliton optik chastotali taroqlarning yuqori tezlikdagi modulyatorlar bilan monolit integratsiyasini ta'minlaydi, bu esa LNOI bilan erishib bo'lmaydigan yutuqdir.
◆ Nima uchun yupqa plyonkali lityum tantalati (LTOI) avvalroq tilga olinmagan?
Litiy tantalati litiy niobatga qaraganda pastroq Kyuri haroratiga ega (610°C va 1157°C). Geterointegratsiya texnologiyasi (XOI) ishlab chiqilishidan oldin, litiy niobat modulyatorlari titan diffuziyasi yordamida ishlab chiqarilgan, bu esa 1000°C dan yuqori haroratda tavlashni talab qiladi, bu esa LTOI ni yaroqsiz holga keltiradi. Biroq, bugungi kunda modulyator hosil qilish uchun izolyator substratlari va to'lqin yo'nalishi o'ymakorligidan foydalanishga o'tish bilan 610°C Kyuri harorati yetarli darajadan ko'proq.
◆ Yupqa plyonkali lityum tantalati (LTOI) yupqa plyonkali lityum niobati (TFLN) o'rnini bosa oladimi?
Hozirgi tadqiqotlarga asoslanib, LTOI passiv ishlash, barqarorlik va keng ko'lamli ishlab chiqarish tannarxida afzalliklarga ega, ammo hech qanday kamchiliklari yo'q. Biroq, LTOI modulyatsiya samaradorligida lityum niobatdan ustun emas va LNOI bilan bog'liq barqarorlik muammolari ma'lum yechimlarga ega. Aloqa DR modullari uchun passiv komponentlarga talab minimal (va agar kerak bo'lsa, kremniy nitridi ishlatilishi mumkin). Bundan tashqari, gofret darajasidagi o'yish jarayonlarini, heterointegratsiya texnikasini va ishonchlilikni sinovdan o'tkazishni qayta tiklash uchun yangi investitsiyalar talab qilinadi (lityum niobat o'yishdagi qiyinchilik to'lqin yo'nalishi emas, balki yuqori mahsuldor gofret darajasidagi o'yishga erishish edi). Shuning uchun, lityum niobatning o'rnatilgan pozitsiyasi bilan raqobatlashish uchun LTOI qo'shimcha afzalliklarni aniqlashi kerak bo'lishi mumkin. Biroq, akademik jihatdan LTOI oktava oralig'idagi elektro-optik taroqlar, PPLT, soliton va AWG to'lqin uzunligini bo'lish qurilmalari va massiv modulyatorlari kabi integratsiyalashgan chipdagi tizimlar uchun sezilarli tadqiqot salohiyatini taklif etadi.
Joylashtirilgan vaqt: 2024-yil 8-noyabr