თხელი ფენიანი ლითიუმის ტანტალატი (LTOI) მასალა ჩნდება, როგორც მნიშვნელოვანი ახალი ძალა ინტეგრირებული ოპტიკის სფეროში. წელს გამოქვეყნდა რამდენიმე მაღალი დონის ნამუშევარი LTOI მოდულატორებზე, მაღალი ხარისხის LTOI ვაფლებით მოწოდებული პროფესორი Xin Ou-ს მიერ შანხაის მიკროსისტემისა და საინფორმაციო ტექნოლოგიების ინსტიტუტიდან და მაღალი ხარისხის ტალღის ჭურვის ოქროვის პროცესები, რომლებიც შემუშავებულია პროფესორ კიპენბერგის ჯგუფის მიერ EPFL-ში. , შვეიცარია. მათმა ერთობლივმა ძალისხმევამ შთამბეჭდავი შედეგები აჩვენა. გარდა ამისა, ჟეჟიანგის უნივერსიტეტის კვლევითმა გუნდებმა პროფესორ ლიუ ლიუს ხელმძღვანელობით და ჰარვარდის უნივერსიტეტიდან პროფესორ ლონკარის მეთაურობით ასევე მოხსენებული იქნა მაღალსიჩქარიანი, მაღალი სტაბილურობის LTOI მოდულატორების შესახებ.
როგორც თხელი ფენიანი ლითიუმის ნიობატის (LNOI) ახლო ნათესავი, LTOI ინარჩუნებს ლითიუმის ნიობატის მაღალი სიჩქარის მოდულაციას და დაბალი დანაკარგის მახასიათებლებს და ასევე გთავაზობთ უპირატესობებს, როგორიცაა დაბალი ღირებულება, დაბალი ორმხრივი შეფერხება და შემცირებული ფოტორეფრაქციული ეფექტი. ქვემოთ მოცემულია ორი მასალის ძირითადი მახასიათებლების შედარება.
◆ მსგავსება ლითიუმის ტანტალატსა (LTOI) და ლითიუმის ნიობატს (LNOI) შორის
①რეფრაქციული ინდექსი:2.12 vs 2.21
ეს გულისხმობს, რომ ერთრეჟიმიანი ტალღის გამაძლიერებელი ზომები, მოღუნვის რადიუსი და საერთო პასიური მოწყობილობის ზომები ორივე მასალაზე ძალიან მსგავსია და მათი ბოჭკოვანი შეერთების შესრულება ასევე შესადარებელია. ტალღის მაგიდის კარგი გრავირებით, ორივე მასალას შეუძლია მიაღწიოს ჩასმის დაკარგვას<0,1 დბ/სმ. EPFL იტყობინება ტალღის სიგნალის დაკარგვა 5.6 dB/m.
②ელექტროოპტიკური კოეფიციენტი:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
მოდულაციის ეფექტურობა შედარებულია ორივე მასალისთვის, მოდულაცია ეფუძნება Pockels ეფექტს, რაც იძლევა მაღალი გამტარუნარიანობის საშუალებას. ამჟამად, LTOI მოდულატორებს შეუძლიათ მიაღწიონ 400 გ-ს თითო ზოლზე, 110 გჰც-ზე მეტი გამტარობით.
③Bandgap:3,93 ევ vs 3,78 eV
ორივე მასალას აქვს ფართო გამჭვირვალე ფანჯარა, რომელიც მხარს უჭერს აპლიკაციებს ხილულიდან ინფრაწითელ ტალღის სიგრძემდე, კომუნიკაციის ზოლებში შთანთქმის გარეშე.
④მეორე რიგის არაწრფივი კოეფიციენტი (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
თუ გამოიყენება არაწრფივი აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა მეორე ჰარმონიული გენერაცია (SHG), განსხვავება სიხშირის გენერაცია (DFG) ან ჯამური სიხშირის გენერაცია (SFG), ორი მასალის კონვერტაციის ეფექტურობა საკმაოდ მსგავსი უნდა იყოს.
◆ LTOI-ის ღირებულების უპირატესობა LNOI-ის წინააღმდეგ
①ვაფლის მომზადების დაბალი ღირებულება
LNOI მოითხოვს He-ის იონების იმპლანტაციას შრის გამოყოფისთვის, რომელსაც აქვს იონიზაციის დაბალი ეფექტურობა. ამის საპირისპიროდ, LTOI იყენებს H ion იმპლანტაციას განცალკევებისთვის, SOI-ის მსგავსი, დელმინირების ეფექტურობით 10-ჯერ მეტი ვიდრე LNOI. ეს იწვევს ფასის მნიშვნელოვან განსხვავებას 6 დიუმიანი ვაფლისთვის: $300 $2000-ის წინააღმდეგ, 85%-იანი ღირებულების შემცირება.
②ის უკვე ფართოდ გამოიყენება სამომხმარებლო ელექტრონიკის ბაზარზე აკუსტიკური ფილტრებისთვის(750 000 ერთეულს ყოველწლიურად იყენებს Samsung, Apple, Sony და ა.შ.).
◆ შესრულების უპირატესობები LTOI vs LNOI
①ნაკლები მასალის დეფექტები, სუსტი ფოტორეფრაქციული ეფექტი, მეტი სტაბილურობა
თავდაპირველად, LNOI მოდულატორები ხშირად აჩვენებდნენ მიკერძოებულ წერტილოვან დრიფტს, უპირველეს ყოვლისა, მუხტის დაგროვების გამო, რომელიც გამოწვეული იყო ტალღის გამტარის ინტერფეისის დეფექტებით. მკურნალობის გარეშე, ამ მოწყობილობების სტაბილიზაციას შეიძლება ერთ დღეს დასჭირდეს. თუმცა, ამ საკითხის გადასაჭრელად შემუშავდა სხვადასხვა მეთოდი, როგორიცაა ლითონის ოქსიდის მოპირკეთების გამოყენება, სუბსტრატის პოლარიზაცია და ანილირება, რაც ამ პრობლემას დიდწილად მართვადი ხდის ახლა.
ამის საპირისპიროდ, LTOI-ს აქვს ნაკლები მატერიალური დეფექტები, რაც იწვევს დრიფტის ფენომენების მნიშვნელოვნად შემცირებას. დამატებითი დამუშავების გარეშეც, მისი საოპერაციო წერტილი შედარებით სტაბილური რჩება. მსგავსი შედეგები მოხსენებული იქნა EPFL, ჰარვარდისა და ჟეჯიანგის უნივერსიტეტის მიერ. თუმცა, შედარება ხშირად იყენებს დაუმუშავებელ LNOI მოდულატორებს, რაც შეიძლება არ იყოს სრულიად სამართლიანი; დამუშავებით, ორივე მასალის შესრულება სავარაუდოდ მსგავსია. მთავარი განსხვავება მდგომარეობს LTOI-ში, რომელიც მოითხოვს უფრო ნაკლებ დამუშავების ნაბიჯებს.
②ქვედა ორმხრივი შეფერხება: 0.004 vs 0.07
ლითიუმის ნიობატის (LNOI) მაღალი ორმხრივი შეკუმშვა ზოგჯერ შეიძლება იყოს რთული, განსაკუთრებით, რადგან ტალღის გამტარების მოხვევამ შეიძლება გამოიწვიოს რეჟიმის დაწყვილება და რეჟიმის ჰიბრიდიზაცია. თხელ LNOI-ში, ტალღის გამაძლიერებელს შეუძლია ნაწილობრივ გარდაქმნას TE სინათლე TM სინათლედ, რაც ართულებს გარკვეული პასიური მოწყობილობების, მაგალითად, ფილტრების წარმოებას.
LTOI-ით, დაბალი ორმხრივი შეფერხება გამორიცხავს ამ პრობლემას, რაც პოტენციურად აადვილებს მაღალი ხარისხის პასიური მოწყობილობების შექმნას. EPFL-მა ასევე იტყობინება შესამჩნევი შედეგები, გამოიყენა LTOI-ის დაბალი ორმხრივი შეფერხება და რეჟიმის გადაკვეთის არარსებობა, რათა მივაღწიოთ ულტრა ფართო სპექტრის ელექტრო-ოპტიკური სიხშირის სავარცხლის გენერირებას ბრტყელი დისპერსიის კონტროლით ფართო სპექტრულ დიაპაზონში. ამან გამოიწვია შთამბეჭდავი 450 ნმ სავარცხლის გამტარობა 2000-ზე მეტი სავარცხლის ხაზით, რამდენჯერმე უფრო დიდი ვიდრე ლითიუმის ნიობატით მიღწეული. Kerr-ის ოპტიკური სიხშირის სავარცხლებთან შედარებით, ელექტრო-ოპტიკური სავარცხლები გვთავაზობენ უპირატესობას, რომ არიან ბარიერის გარეშე და უფრო სტაბილური, თუმცა ისინი საჭიროებენ მაღალი სიმძლავრის მიკროტალღურ შეყვანას.
③ოპტიკური დაზიანების მაღალი ზღვარი
LTOI-ის ოპტიკური დაზიანების ბარიერი ორჯერ აღემატება LNOI-ს, რაც უპირატესობას გვთავაზობს არაწრფივი აპლიკაციებში (და პოტენციურად მომავალი თანმიმდევრული სრულყოფილი შთანთქმის (CPO) აპლიკაციებში). ოპტიკური მოდულის ამჟამინდელი სიმძლავრის დონე ნაკლებად სავარაუდოა, რომ დააზიანოს ლითიუმის ნიობატი.
④დაბალი რამანის ეფექტი
ეს ასევე ეხება არაწრფივ აპლიკაციებს. ლითიუმის ნიობატს აქვს რამანის ძლიერი ეფექტი, რამაც Kerr-ის ოპტიკური სიხშირის სავარცხლის აპლიკაციებში შეიძლება გამოიწვიოს რამანის არასასურველი შუქის წარმოქმნა და კონკურენციის გაზრდა, რაც ხელს უშლის x-დაჭრილი ლითიუმის ნიობატის ოპტიკური სიხშირის სავარცხლებს სოლიტონურ მდგომარეობამდე მისვლას. LTOI-ით რამანის ეფექტის დათრგუნვა შესაძლებელია კრისტალური ორიენტაციის დიზაინის საშუალებით, რაც X-cut LTOI-ს საშუალებას აძლევს მიაღწიოს სოლიტონის ოპტიკური სიხშირის სავარცხლის წარმოქმნას. ეს იძლევა სოლიტონის ოპტიკური სიხშირის სავარცხლების მონოლითურ ინტეგრაციას მაღალსიჩქარიან მოდულატორებთან, რაც შეუძლებელია LNOI-ით.
◆ რატომ არ იყო ადრე ნახსენები თხელი ფენიანი ლითიუმის ტანტალატი (LTOI)?
ლითიუმის ტანტალიტს აქვს კიურის უფრო დაბალი ტემპერატურა, ვიდრე ლითიუმის ნიობატი (610°C წინააღმდეგ 1157°C). ჰეტეროინტეგრაციის ტექნოლოგიის (XOI) განვითარებამდე, ლითიუმის ნიობატის მოდულატორები იწარმოებოდა ტიტანის დიფუზიის გამოყენებით, რაც მოითხოვს 1000°C-ზე მეტ ტემპერატურაზე ადუღებას, რაც LTOI-ს უვარგისს ხდის. თუმცა, მოდულატორის ფორმირებისთვის იზოლატორის სუბსტრატებისა და ტალღის ჭურჭლის გამოყენებასთან ერთად დღევანდელი ცვლა, 610°C Curie ტემპერატურა საკმარისზე მეტია.
◆ ჩაანაცვლებს თუ არა თხელი ფენით ლითიუმის ტანტალატი (LTOI)?
მიმდინარე კვლევებზე დაყრდნობით, LTOI გთავაზობთ უპირატესობებს პასიურ შესრულებაში, სტაბილურობასა და წარმოების ფართომასშტაბიან ღირებულებაში, აშკარა ნაკლოვანებების გარეშე. თუმცა, LTOI არ აღემატება ლითიუმის ნიობატს მოდულაციის შესრულებაში და LNOI-სთან სტაბილურობის საკითხებს აქვს ცნობილი გადაწყვეტილებები. საკომუნიკაციო DR მოდულებისთვის არის მინიმალური მოთხოვნა პასიურ კომპონენტებზე (და საჭიროების შემთხვევაში შეიძლება გამოყენებულ იქნას სილიციუმის ნიტრიდი). გარდა ამისა, ახალი ინვესტიციებია საჭირო ვაფლის დონის ოქროვის პროცესების, ჰეტეროინტეგრაციის ტექნიკისა და საიმედოობის ტესტირების აღსადგენად (ლითიუმის ნიობატის ოქროვის სირთულე იყო არა ტალღის გზამკვლევი, არამედ მაღალი მოსავლიანობის ვაფლის დონის გრავირება). ამიტომ, ლითიუმ ნიობატის დამკვიდრებულ პოზიციასთან კონკურენციის მიზნით, LTOI-ს შეიძლება დასჭირდეს დამატებითი უპირატესობების გამოვლენა. თუმცა, აკადემიურად, LTOI გთავაზობთ მნიშვნელოვან კვლევის პოტენციალს ჩიპზე ინტეგრირებული სისტემებისთვის, როგორიცაა ოქტავაზე მოცული ელექტრო-ოპტიკური სავარცხლები, PPLT, სოლიტონი და AWG ტალღის სიგრძის გაყოფის მოწყობილობები და მასივის მოდულატორები.
გამოქვეყნების დრო: ნოე-08-2024