Þunnfilmu litíumtantalat (LTOI) efni er að koma fram sem mikilvægur nýr kraftur á sviði samþættrar ljósfræði. Á þessu ári hafa nokkrar háþróaðar rannsóknir á LTOI móturum verið birtar, þar á meðal hágæða LTOI skífur frá prófessor Xin Ou frá Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, og hágæða bylgjuleiðaraetsunarferlum sem þróaðar voru af hópi prófessors Kippenbergs við EPFL í Sviss. Samstarf þeirra hefur sýnt fram á glæsilegar niðurstöður. Að auki hafa rannsóknarteymi frá Zhejiang háskóla undir forystu prófessors Liu Liu og Harvard háskóla undir forystu prófessors Loncar einnig greint frá hraðvirkum og stöðugum LTOI móturum.
Sem náinn ættingi þunnfilmu litíumníóbats (LNOI) heldur LTOI háhraða mótunar- og lágtapseiginleikum litíumníóbats en býður jafnframt upp á kosti eins og lágan kostnað, lágt tvíbrot og minni ljósbrotsáhrif. Samanburður á helstu eiginleikum efnanna tveggja er kynntur hér að neðan.
◆ Líkindi milli litíumtantalats (LTOI) og litíumníóbats (LNOI)
①Ljósbrotsvísitala:2,12 á móti 2,21
Þetta gefur til kynna að stærðir einhliða bylgjuleiðara, beygjuradíus og algengar stærðir óvirkra tækja byggðar á báðum efnum eru mjög svipaðar, og tengigeta þeirra við ljósleiðara er einnig sambærileg. Með góðri etsingu bylgjuleiðara geta bæði efnin náð innsetningartapi upp á<0,1 dB/cm. EPFL greinir frá bylgjuleiðaratapi upp á 5,6 dB/m.
②Raf-ljósfræðilegur stuðull:30,5 pm/V á móti 30,9 pm/V
Mótunarhagkvæmni beggja efnanna er sambærileg, þar sem mótun byggir á Pockels-áhrifum, sem gerir kleift að ná mikilli bandvídd. Eins og er geta LTOI-mótarar náð 400G afköstum á hverja akrein, með bandvídd sem fer yfir 110 GHz.
③Bandbil:3,93 eV á móti 3,78 eV
Bæði efnin hafa breitt gegnsætt glugga, sem styður notkun frá sýnilegum til innrauðra bylgjulengda, án frásogs í samskiptasviðunum.
④Ólínulegur stuðull af annarri gráðu (d33):21/V á móti 27/V
Ef það er notað í ólínulegum tilgangi eins og annars harmonískri myndun (SHG), mismunartíðnimyndun (DFG) eða summutíðnimyndun (SFG), ætti umbreytingarhagkvæmni efnanna tveggja að vera nokkuð svipuð.
◆ Kostnaðarhagur LTOI samanborið við LNOI
①Lægri kostnaður við undirbúning vafra
LNOI krefst He-jónaígræðslu til aðskilnaðar laga, sem hefur lága jónunarnýtni. Aftur á móti notar LTOI H-jónaígræðslu til aðskilnaðar, svipað og SOI, með aflögunarnýtni sem er meira en 10 sinnum hærri en LNOI. Þetta leiðir til verulegs verðmunar fyrir 6 tommu skífur: $300 á móti $2000, sem er 85% kostnaðarlækkun.
②Það er þegar mikið notað á markaði neytenda raftækja fyrir hljóðeinangrunarsíur.(750.000 einingar árlega, notaðar af Samsung, Apple, Sony, o.fl.).
◆ Árangurskostir LTOI samanborið við LNOI
①Færri efnisgallar, veikari ljósbrotsáhrif, meiri stöðugleiki
Í upphafi sýndu LNOI-mótarar oft skekkjupunktsdrift, aðallega vegna uppsöfnunar hleðslu af völdum galla á bylgjuleiðaraviðmótinu. Ef þessi tæki eru ekki meðhöndluð gat það tekið allt að einn dag að ná stöðugleika. Hins vegar voru ýmsar aðferðir þróaðar til að takast á við þetta vandamál, svo sem notkun málmoxíðhúðunar, undirlagsskautunar og glæðingar, sem gerir þetta vandamál að mestu leyti viðráðanlegt nú.
Aftur á móti hefur LTOI færri efnisgalla, sem leiðir til verulega minnkaðrar reks. Jafnvel án viðbótarvinnslu helst vinnslupunktur þess tiltölulega stöðugur. EPFL, Harvard og Zhejiang háskólinn hafa greint frá svipuðum niðurstöðum. Hins vegar nota samanburðurinn oft ómeðhöndlaða LNOI mótara, sem er kannski ekki alveg sanngjarnt; með vinnslu er afköst beggja efnanna líklega svipuð. Helsti munurinn liggur í því að LTOI krefst færri viðbótarvinnsluskrefa.
②Neðri tvíbrot: 0,004 á móti 0,07
Mikil tvíbrot litíumníóbats (LNOI) getur stundum verið krefjandi, sérstaklega þar sem beygjur í bylgjuleiðara geta valdið hamtengingu og hamblöndun. Í þunnum LNOI getur beygja í bylgjuleiðaranum að hluta til breytt TE-ljósi í TM-ljós, sem flækir framleiðslu ákveðinna óvirkra tækja, eins og sía.
Með LTOI útrýmir lægri tvíbrot þetta vandamál, sem hugsanlega auðveldar þróun afkastamikilla óvirkra tækja. EPFL hefur einnig greint frá athyglisverðum árangri, þar sem lágt tvíbrot LTOI og fjarvera stillingarkrossunar er nýtt til að ná fram afar breiðspektrum rafsegulbylgjubreidd með flatri dreifingarstýringu yfir breitt litrófssvið. Þetta leiddi til glæsilegrar 450 nm greiðubandvíddar með yfir 2000 greiðulínum, sem er nokkrum sinnum stærra en hægt er að ná með litíumníóbati. Í samanburði við Kerr ljósleiðarabylgjur bjóða rafsegulbylgjur upp á þann kost að vera þröskuldslausar og stöðugri, þó þær þurfi öflugan örbylgjuofninntak.
③Hærri þröskuldur fyrir sjónskemmdir
Sjónrænt skaðaþröskuldur LTOI er tvöfalt meiri en LNOI, sem býður upp á forskot í ólínulegum forritum (og hugsanlega framtíðarforritum með samfelldri fullkominni frásogstækni (CPO). Núverandi aflstig ljósleiðaraeininga er ólíklegt til að skemma litíumníóbat.
④Lágt Raman áhrif
Þetta á einnig við um ólínuleg forrit. Litíumníóbat hefur sterk Raman-áhrif, sem í Kerr ljósleiðaraforritum getur leitt til óæskilegrar Raman-ljósmyndunar og aukið samkeppni, sem kemur í veg fyrir að x-skornir litíumníóbat ljósleiðaraþættir nái sólíton-ástandi. Með LTOI er hægt að bæla Raman-áhrifin niður með kristalstefnuhönnun, sem gerir x-skornum LTOI kleift að ná sólíton ljósleiðaraþætti. Þetta gerir kleift að samþætta sólíton ljósleiðaraþætti við háhraða mótara, sem er ekki hægt að ná með LNOI.
◆ Hvers vegna var ekki minnst á þunnfilmu litíumtantalat (LTOI) fyrr?
Litíumtantalat hefur lægra Curie-hitastig en litíumníóbat (610°C á móti 1157°C). Áður en þróun á heterósamþættingartækni (XOI) hófst voru litíumníóbatmótarar framleiddir með títaníumdreifingu, sem krefst glæðingar við yfir 1000°C, sem gerði LTOI óhentugt. Hins vegar, með þeirri þróun sem nú er gerð í átt að því að nota einangrunarundirlag og bylgjuleiðaraetsun til að mynda mótara, er 610°C Curie-hitastig meira en nóg.
◆ Mun þunnfilmu litíumtantalat (LTOI) koma í stað þunnfilmu litíumníóbats (TFLN)?
Samkvæmt núverandi rannsóknum býður LTOI upp á kosti hvað varðar óvirka afköst, stöðugleika og framleiðslukostnað í stórum stíl, án augljósra galla. Hins vegar er LTOI ekki betri en litíumníóbat hvað varðar mótunarafköst, og þekktar lausnir eru á stöðugleikavandamálum með LNOI. Fyrir samskipta-DR einingar er lítil eftirspurn eftir óvirkum íhlutum (og hægt væri að nota kísillnítríð ef þörf krefur). Að auki þarf nýjar fjárfestingar til að endurreisa etsunarferli á skífustigi, samþættingartækni og áreiðanleikaprófanir (erfiðleikarnir við etsun á litíumníóbati voru ekki bylgjuleiðarinn heldur að ná háafköstum etsunar á skífustigi). Þess vegna, til að keppa við rótgróna stöðu litíumníóbats, gæti LTOI þurft að uppgötva frekari kosti. Fræðilega séð býður LTOI hins vegar upp á verulega rannsóknarmöguleika fyrir samþætt kerfi á örgjörva, svo sem áttundaspanna rafsegulgreiningar, PPLT, soliton og AWG bylgjulengdarskiptingartæki og fylkismótara.
Birtingartími: 8. nóvember 2024