Yupqa plyonkali lityum tantalat (LTOI) materiali integratsiyalashgan optika sohasida muhim yangi kuch sifatida paydo bo'ladi. Bu yil Shanxay Mikrotizim va axborot texnologiyalari instituti professori Xin Ou tomonidan taqdim etilgan LTOI modulyatorlari bo'yicha bir nechta yuqori darajadagi ishlar nashr etildi va EPFL professori Kippenberg guruhi tomonidan ishlab chiqilgan yuqori sifatli to'lqinli o'tish jarayonlari. , Shveytsariya. Ularning birgalikdagi sa'y-harakatlari ajoyib natijalarni ko'rsatdi. Bundan tashqari, professor Liu Liu boshchiligidagi Zhejiang universiteti va professor Lonkar boshchiligidagi Garvard universitetining tadqiqot guruhlari ham yuqori tezlikdagi, yuqori barqaror LTOI modulyatorlari haqida xabar berishdi.
Yupqa plyonkali lityum niobatning (LNOI) yaqin qarindoshi sifatida LTOI lityum niobatning yuqori tezlikdagi modulyatsiyasi va kam yo'qotish xususiyatlarini saqlab qoladi, shu bilan birga arzon narxlardagi, past ikki sinuvchanlik va kamaytirilgan fotorefraktiv effektlar kabi afzalliklarni taklif qiladi. Ikki materialning asosiy xususiyatlarini taqqoslash quyida keltirilgan.
◆ Lityum tantalat (LTOI) va lityum niobat (LNOI) oʻrtasidagi oʻxshashliklar
①Sinishi indeksi:2.12 va 2.21
Bu shuni anglatadiki, bitta rejimli to'lqin o'tkazgich o'lchamlari, bükme radiusi va ikkala materialga asoslangan umumiy passiv qurilma o'lchamlari juda o'xshash va ularning tolali ulanish ko'rsatkichlari ham solishtirish mumkin. Yaxshi to'lqin qo'llanmasi bilan, ikkala material ham kiritish yo'qotilishiga erishishi mumkin<0,1 dB/sm. EPFL 5,6 dB/m to'lqin yo'nalishini yo'qotish haqida xabar beradi.
②Elektro-optik koeffitsient:30,5 pm/V va 30,9 pm/V
Modulyatsiya samaradorligi ikkala material uchun ham solishtirish mumkin, Pockels effektiga asoslangan modulyatsiya yuqori tarmoqli kengligi imkonini beradi. Hozirgi vaqtda LTOI modulyatorlari tarmoqli kengligi 110 GGts dan ortiq bo'lgan har bir tarmoqli bo'ylab 400G ga erishishga qodir.
③Bandgap:3,93 eV va 3,78 eV
Ikkala material ham keng shaffof oynaga ega bo'lib, ko'rinadigan to'lqin uzunligidan infraqizil to'lqin uzunliklarigacha bo'lgan ilovalarni qo'llab-quvvatlaydi, aloqa diapazonlarida hech qanday yutilish yo'q.
④Ikkinchi tartibli chiziqli bo'lmagan koeffitsient (d33):21:00/V va 27:00/V
Agar ikkinchi harmonik ishlab chiqarish (SHG), farq chastotasini yaratish (DFG) yoki yig'indi chastotasini yaratish (SFG) kabi chiziqli bo'lmagan ilovalar uchun ishlatilsa, ikkita materialning konvertatsiya qilish samaradorligi juda o'xshash bo'lishi kerak.
◆ LTOI ning LNOIga nisbatan xarajat ustunligi
①Gofret tayyorlash narxining pastligi
LNOI qatlamni ajratish uchun He ion implantatsiyasini talab qiladi, bu past ionlanish samaradorligiga ega. Bundan farqli o'laroq, LTOI ajratish uchun SOIga o'xshash H ion implantatsiyasidan foydalanadi, delaminatsiya samaradorligi LNOIdan 10 baravar yuqori. Bu 6 dyuymli gofretlar uchun sezilarli narx farqiga olib keladi: 300 dollarga nisbatan 2000 dollar, xarajatlarni 85% kamaytirish.
②U allaqachon akustik filtrlar uchun maishiy elektronika bozorida keng qo'llaniladi(har yili 750 000 dona, Samsung, Apple, Sony va boshqalar tomonidan foydalaniladi).
◆ LTOI va LNOI ning ishlash afzalliklari
①Kamroq moddiy nuqsonlar, zaifroq fotorefraktiv effekt, ko'proq barqarorlik
Dastlab, LNOI modulyatorlari, birinchi navbatda, to'lqin o'tkazgich interfeysidagi nuqsonlar tufayli kelib chiqqan zaryad to'planishi tufayli, ko'pincha egilish nuqtalarining siljishini ko'rsatdi. Agar davolanmasa, bu qurilmalarning barqarorlashishi bir kungacha davom etishi mumkin. Biroq, bu muammoni hal qilish uchun turli usullar ishlab chiqildi, masalan, metall oksidi qoplamasidan foydalanish, substrat polarizatsiyasi va tavlanish, bu muammoni hozirda katta darajada hal qilish mumkin.
Bundan farqli o'laroq, LTOI kamroq moddiy nuqsonlarga ega, bu esa drift hodisalarini sezilarli darajada kamaytiradi. Qo'shimcha ishlov berilmasa ham, uning ishlash nuqtasi nisbatan barqaror bo'lib qoladi. Shunga o'xshash natijalar EPFL, Garvard va Zhejiang universiteti tomonidan qayd etilgan. Biroq, taqqoslashda ko'pincha ishlov berilmagan LNOI modulyatorlari qo'llaniladi, bu butunlay adolatli bo'lmasligi mumkin; qayta ishlash bilan, ikkala materialning ishlashi, ehtimol, o'xshash. Asosiy farq LTOIda bo'lib, kamroq qo'shimcha ishlov berish bosqichlarini talab qiladi.
②Pastki ikkilanish: 0,004 va 0,07
Litiy niobatning (LNOI) yuqori ikki sinuvchanligi ba'zida qiyin bo'lishi mumkin, ayniqsa to'lqin qo'llanmasining egilishi rejimning ulanishi va rejim gibridlanishiga olib kelishi mumkin. Yupqa LNOIda to'lqin qo'llanmasining egilishi TE nurini qisman TM nuriga aylantirishi mumkin, bu filtrlar kabi ba'zi passiv qurilmalarni ishlab chiqarishni murakkablashtiradi.
LTOI bilan past ikki sinuvchanlik bu muammoni bartaraf qiladi, bu esa yuqori samarali passiv qurilmalarni ishlab chiqishni osonlashtiradi. EPFL, shuningdek, keng spektrli diapazonda tekis dispersiyani boshqarish bilan ultra keng spektrli elektro-optik chastotali taroq hosil qilish uchun LTOI ning past ikki sinuvchanligi va rejimlarni kesib o'tishning yo'qligidan foydalangan holda sezilarli natijalar haqida xabar berdi. Bu lityum niobat bilan erishish mumkin bo'lganidan bir necha baravar katta, 2000 dan ortiq taroqli chiziqlarga ega bo'lgan ta'sirchan 450 nm taroq tarmoqli kengligiga olib keldi. Kerr optik chastotali taroqlari bilan solishtirganda, elektro-optik taroqlar yuqori quvvatli mikroto'lqinli kirishni talab qilsa-da, chegarasiz va barqarorroq bo'lish afzalligini taklif qiladi.
③Yuqori optik shikastlanish chegarasi
LTOI ning optik shikastlanish chegarasi LNOIdan ikki baravar yuqori bo'lib, chiziqli bo'lmagan ilovalarda (va kelajakdagi Coherent Perfect Absorption (CPO) ilovalari) afzalliklarni taklif qiladi. Hozirgi optik modul quvvat darajalari lityum niobatga zarar yetkazishi dargumon.
④Kam Raman effekti
Bu chiziqli bo'lmagan ilovalarga ham tegishli. Lityum niobat kuchli Raman effektiga ega, bu Kerr optik chastotali taroqli ilovalarda istalmagan Raman yorug'lik hosil bo'lishiga olib kelishi va raqobatni qozonishi mumkin, x-kesilgan lityum niobat optik chastotali taroqlarning soliton holatiga tushishiga yo'l qo'ymaydi. LTOI yordamida Raman effekti kristall orientatsiya dizayni orqali bostirilishi mumkin, bu esa x-cut LTOI-ga soliton optik chastotali taroq hosil qilish imkonini beradi. Bu soliton optik chastotali taroqlarni yuqori tezlikdagi modulyatorlar bilan monolitik integratsiya qilish imkonini beradi, bu LNOI bilan erishib bo'lmaydi.
◆ Nima uchun yupqa plyonkali lityum tantalat (LTOI) haqida avvalroq aytilmagan?
Lityum tantalat litiy niobatdan (610 ° C ga nisbatan 1157 ° C) nisbatan pastroq Kyuri haroratiga ega. Heterointegratsiya texnologiyasi (XOI) rivojlanishidan oldin, lityum niobat modulyatorlari titanium diffuziya yordamida ishlab chiqarilgan, bu esa 1000 ° C dan yuqori haroratda tavlanishni talab qiladi, bu esa LTOIni yaroqsiz holga keltiradi. Biroq, bugungi kunda izolyator substratlari va modulyator hosil qilish uchun to'lqin qo'llanmasi bilan ishlov berishdan foydalanishga o'tish bilan 610 ° C Kyuri harorati etarli bo'ladi.
◆ Yupqa plyonkali lityum tantalat (LTOI) yupqa plyonkali lityum niobat (TFLN) o'rnini bosadimi?
Joriy tadqiqotlarga asoslanib, LTOI passiv ishlash, barqarorlik va keng ko'lamli ishlab chiqarish xarajatlarida afzalliklarni taqdim etadi, ammo hech qanday kamchiliklar mavjud emas. Biroq, LTOI modulyatsiya ko'rsatkichlarida lityum niobatdan oshmaydi va LNOI bilan barqarorlik muammolari ma'lum echimlarga ega. Aloqa DR modullari uchun passiv komponentlarga minimal talab mavjud (agar kerak bo'lsa, silikon nitridi ham ishlatilishi mumkin). Bundan tashqari, gofret darajasidagi qirqish jarayonlarini, heterointegratsiya usullarini va ishonchlilik sinovlarini qayta tiklash uchun yangi investitsiyalar talab qilinadi (litiy niobat bilan ishlov berish bilan bog'liq qiyinchilik to'lqin qo'llanmasi emas, balki gofret darajasida yuqori rentabellikga erishish edi). Shuning uchun, lityum niobatning belgilangan pozitsiyasi bilan raqobat qilish uchun LTOI qo'shimcha afzalliklarni ochishi kerak bo'lishi mumkin. Akademik nuqtai nazardan, LTOI oktavali elektro-optik taroqlar, PPLT, soliton va AWG to'lqin uzunligi bo'linish qurilmalari va massiv modulyatorlari kabi integratsiyalangan chipli tizimlar uchun muhim tadqiqot salohiyatini taklif etadi.
Yuborilgan vaqt: 2024 yil 08-noyabr