थिन-फिल्म लिथियम टँटालेट (LTOI) सामग्री एकात्मिक प्रकाशिकी क्षेत्रात एक महत्त्वपूर्ण नवीन शक्ती म्हणून उदयास येत आहे. या वर्षी, शांघाय इन्स्टिट्यूट ऑफ मायक्रोसिस्टम अँड इन्फॉर्मेशन टेक्नॉलॉजीच्या प्रोफेसर झिन ओ यांनी प्रदान केलेल्या उच्च-गुणवत्तेचे एलटीओआय वेफर्स आणि EPFL मधील प्रोफेसर किपेनबर्ग यांच्या गटाने विकसित केलेल्या उच्च-गुणवत्तेच्या वेव्हगाइड एचिंग प्रक्रियांसह, LTOI मॉड्युलेटर्सवरील अनेक उच्च-स्तरीय कामे प्रकाशित करण्यात आली आहेत. , स्वित्झर्लंड. त्यांच्या सहयोगी प्रयत्नांमुळे प्रभावी परिणाम दिसून आले आहेत. याव्यतिरिक्त, प्रोफेसर लिऊ लिऊ यांच्या नेतृत्वाखालील झेजियांग विद्यापीठ आणि प्रोफेसर लोन्कर यांच्या नेतृत्वाखालील हार्वर्ड विद्यापीठातील संशोधन संघांनी उच्च-गती, उच्च-स्थिरता असलेल्या एलटीओआय मॉड्युलेटरवर देखील अहवाल दिला आहे.
पातळ-फिल्म लिथियम niobate (LNOI) चे जवळचे नातेवाईक म्हणून, LTOI उच्च-गती मॉड्युलेशन आणि लिथियम niobate च्या कमी-नुकसान वैशिष्ट्ये राखून ठेवते तसेच कमी किमतीचे, कमी birefringence, आणि कमी फोटोरेफ्रॅक्टिव्ह प्रभाव यासारखे फायदे देखील देतात. दोन सामग्रीच्या मुख्य वैशिष्ट्यांची तुलना खाली सादर केली आहे.
◆ लिथियम टँटालेट (LTOI) आणि लिथियम निओबेट (LNOI) मधील समानता
①अपवर्तक निर्देशांक:२.१२ वि २.२१
हे सूचित करते की सिंगल-मोड वेव्हगाइड परिमाणे, बेंडिंग त्रिज्या आणि दोन्ही सामग्रीवर आधारित सामान्य निष्क्रिय उपकरण आकार खूप समान आहेत आणि त्यांचे फायबर कपलिंग कार्यप्रदर्शन देखील तुलना करण्यायोग्य आहे. चांगल्या वेव्हगाइड एचिंगसह, दोन्ही सामग्री एक इन्सर्टेशन लॉस मिळवू शकतात<0.1 dB/सेमी. EPFL 5.6 dB/m च्या वेव्हगाइड नुकसानाची नोंद करते.
②इलेक्ट्रो-ऑप्टिक गुणांक:30.5 pm/V विरुद्ध 30.9 pm/V
पॉकेल्स इफेक्टवर आधारित मॉड्युलेशनसह, उच्च बँडविड्थसाठी अनुमती देऊन मॉड्युलेशन कार्यक्षमता दोन्ही सामग्रीसाठी तुलना करण्यायोग्य आहे. सध्या, LTOI मॉड्युलेटर 110 GHz पेक्षा अधिक बँडविड्थसह, 400G प्रति लेन कार्यप्रदर्शन प्राप्त करण्यास सक्षम आहेत.
③बँडगॅप:3.93 eV वि 3.78 eV
दोन्ही सामग्रीमध्ये एक विस्तृत पारदर्शक खिडकी आहे, जी दृश्यमान ते इन्फ्रारेड तरंगलांबीपर्यंतच्या अनुप्रयोगांना समर्थन देते, संप्रेषण बँडमध्ये शोषले जात नाही.
④द्वितीय-क्रम नॉनलाइनर गुणांक (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
द्वितीय हार्मोनिक जनरेशन (SHG), फरक-फ्रिक्वेंसी जनरेशन (DFG), किंवा बेरीज-फ्रिक्वेंसी जनरेशन (SFG) सारख्या नॉनलाइनर ऍप्लिकेशन्ससाठी वापरल्यास, दोन्ही सामग्रीची रूपांतरण कार्यक्षमता बऱ्यापैकी समान असावी.
◆ LTOI वि LNOI चा खर्च फायदा
①वेफर तयार करण्यासाठी कमी खर्च
LNOI ला थर वेगळे करण्यासाठी He ion रोपण आवश्यक आहे, ज्याची आयनीकरण कार्यक्षमता कमी आहे. याउलट, एलटीओआय SOI प्रमाणेच, एलएनओआय पेक्षा 10 पट जास्त डिलामिनेशन कार्यक्षमतेसह वेगळे करण्यासाठी एच आयन इम्प्लांटेशन वापरते. यामुळे 6-इंच वेफर्सच्या किंमतीत लक्षणीय फरक दिसून येतो: $300 वि. $2000, 85% किमतीत कपात.
②कंझ्युमर इलेक्ट्रॉनिक्स मार्केटमध्ये ध्वनिक फिल्टरसाठी हे आधीपासूनच मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते(750,000 युनिट्स वार्षिक, सॅमसंग, ऍपल, सोनी, इ.) वापरतात.
◆ LTOI वि LNOI चे कार्यप्रदर्शन फायदे
①कमी सामग्री दोष, कमकुवत फोटोरेफ्रॅक्टिव्ह प्रभाव, अधिक स्थिरता
सुरुवातीला, LNOI मॉड्युलेटर्स अनेकदा बायस पॉइंट ड्रिफ्ट प्रदर्शित करतात, प्रामुख्याने वेव्हगाइड इंटरफेसमधील दोषांमुळे चार्ज जमा झाल्यामुळे. उपचार न केल्यास, या उपकरणांना स्थिर होण्यासाठी एक दिवस लागू शकतो. तथापि, या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी विविध पद्धती विकसित केल्या गेल्या, जसे की मेटल ऑक्साईड क्लेडिंग, सब्सट्रेट पोलरायझेशन आणि ॲनिलिंग वापरणे, ही समस्या आता मोठ्या प्रमाणात व्यवस्थापित करण्यायोग्य बनली आहे.
याउलट, LTOI मध्ये कमी भौतिक दोष आहेत, ज्यामुळे वाहून जाण्याची घटना लक्षणीयरीत्या कमी होते. अतिरिक्त प्रक्रिया न करताही, त्याचे ऑपरेटिंग पॉइंट तुलनेने स्थिर राहते. ईपीएफएल, हार्वर्ड आणि झेजियांग विद्यापीठाने तत्सम परिणाम नोंदवले आहेत. तथापि, तुलना अनेकदा उपचार न केलेले LNOI मॉड्युलेटर वापरते, जे पूर्णपणे न्याय्य असू शकत नाही; प्रक्रियेसह, दोन्ही सामग्रीचे कार्यप्रदर्शन कदाचित समान आहे. मुख्य फरक LTOI मध्ये आहे ज्यासाठी कमी अतिरिक्त प्रक्रिया चरणांची आवश्यकता आहे.
②लोअर बियरफ्रिन्जेन्स: ०.००४ वि ०.०७
लिथियम niobate (LNOI) ची उच्च बियरफ्रिंगन्स काही वेळा आव्हानात्मक असू शकते, विशेषत: वेव्हगाइड बेंडमुळे मोड कपलिंग आणि मोड हायब्रिडायझेशन होऊ शकते. पातळ LNOI मध्ये, वेव्हगाईडमधील वाकणे TE प्रकाशाचे अंशतः TM प्रकाशात रूपांतर करू शकते, ज्यामुळे फिल्टर्ससारख्या काही निष्क्रिय उपकरणांची निर्मिती गुंतागुंतीची होते.
LTOI सह, खालच्या बायरफ्रिंगन्समुळे ही समस्या दूर होते, संभाव्यत: उच्च-कार्यक्षमता निष्क्रिय उपकरणे विकसित करणे सोपे होते. EPFL ने देखील उल्लेखनीय परिणाम नोंदवले आहेत, LTOI च्या कमी बायरफ्रिन्जेन्सचा आणि विस्तृत स्पेक्ट्रल श्रेणीमध्ये फ्लॅट डिस्पेंशन कंट्रोलसह अल्ट्रा-वाइड-स्पेक्ट्रम इलेक्ट्रो-ऑप्टिक फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब जनरेशन साध्य करण्यासाठी मोड-क्रॉसिंगच्या अनुपस्थितीचा फायदा घेऊन. याचा परिणाम 2000 पेक्षा जास्त कंघी रेषांसह प्रभावी 450 nm कंघी बँडविड्थ बनला, जो लिथियम निओबेटने मिळवता येण्यापेक्षा कितीतरी पटीने मोठा आहे. केर ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्सच्या तुलनेत, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कॉम्ब्स थ्रेशोल्ड-फ्री आणि अधिक स्थिर असण्याचा फायदा देतात, जरी त्यांना उच्च-शक्तीच्या मायक्रोवेव्ह इनपुटची आवश्यकता असते.
③उच्च ऑप्टिकल नुकसान थ्रेशोल्ड
LTOI चे ऑप्टिकल डॅमेज थ्रेशोल्ड LNOI पेक्षा दुप्पट आहे, जे नॉनलाइनर ऍप्लिकेशन्समध्ये (आणि संभाव्य भविष्यातील कोहेरंट परफेक्ट ऍब्सॉर्प्शन (CPO) ऍप्लिकेशन्स) मध्ये एक फायदा देते. सध्याच्या ऑप्टिकल मॉड्यूल पॉवर लेव्हलमुळे लिथियम निओबेटचे नुकसान होण्याची शक्यता नाही.
④कमी रमन प्रभाव
हे नॉनलाइनर ऍप्लिकेशन्सशी देखील संबंधित आहे. लिथियम निओबेटचा मजबूत रमन प्रभाव असतो, जो केर ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब ऍप्लिकेशन्समध्ये अवांछित रमन प्रकाश निर्मिती आणि स्पर्धा मिळवू शकतो, एक्स-कट लिथियम नायोबेट ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्सला सॉलिटन स्थितीपर्यंत पोहोचण्यापासून प्रतिबंधित करतो. एलटीओआय सह, क्रिस्टल ओरिएंटेशन डिझाइनद्वारे रमन प्रभाव दाबला जाऊ शकतो, ज्यामुळे एक्स-कट एलटीओआयला सॉलिटन ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब जनरेशन साध्य करता येते. हे हाय-स्पीड मॉड्युलेटरसह सॉलिटन ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्सचे मोनोलिथिक एकत्रीकरण सक्षम करते, जे LNOI सह साध्य करता येत नाही.
◆ थिन-फिल्म लिथियम टँटालेट (LTOI) चा उल्लेख आधी का केला गेला नाही?
लिथियम टँटालेटचे क्युरी तापमान लिथियम नायोबेट (610°C वि. 1157°C) पेक्षा कमी असते. हेटरोइंटिग्रेशन तंत्रज्ञान (XOI) विकसित होण्यापूर्वी, लिथियम नायोबेट मॉड्युलेटर टायटॅनियम डिफ्यूजन वापरून तयार केले जात होते, ज्यासाठी 1000 डिग्री सेल्सिअस पेक्षा जास्त तापमानावर ऍनिलिंग आवश्यक होते, ज्यामुळे LTOI अयोग्य होते. तथापि, मॉड्युलेटर निर्मितीसाठी इन्सुलेटर सब्सट्रेट्स आणि वेव्हगाइड एचिंग वापरण्याच्या दिशेने आजच्या बदलामुळे, 610°C क्युरी तापमान पुरेसे आहे.
◆ थिन-फिल्म लिथियम टँटालेट (LTOI) थिन-फिल्म लिथियम निओबेट (TFLN) ची जागा घेईल का?
सध्याच्या संशोधनावर आधारित, LTOI निष्क्रीय कार्यप्रदर्शन, स्थिरता आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादन खर्चामध्ये फायदे देते, ज्यामध्ये कोणतेही स्पष्ट दोष नाहीत. तथापि, एलटीओआय मॉड्युलेशन कार्यप्रदर्शनात लिथियम निओबेटला मागे टाकत नाही आणि एलएनओआय सह स्थिरतेच्या समस्यांचे निराकरण ज्ञात आहे. संप्रेषण DR मॉड्यूल्ससाठी, निष्क्रिय घटकांना कमीत कमी मागणी आहे (आणि आवश्यक असल्यास सिलिकॉन नायट्राइडचा वापर केला जाऊ शकतो). याव्यतिरिक्त, वेफर-लेव्हल एचिंग प्रक्रिया, हेटरोइंटिग्रेशन तंत्र आणि विश्वासार्हता चाचणी पुन्हा स्थापित करण्यासाठी नवीन गुंतवणूक आवश्यक आहे (लिथियम नायोबेट एचिंगमध्ये अडचण ही वेव्हगाइड नव्हती परंतु उच्च-उत्पन्न वेफर-लेव्हल एचिंग साध्य करण्यासाठी होती). म्हणून, लिथियम निओबेटच्या स्थापित स्थितीशी स्पर्धा करण्यासाठी, LTOI ला पुढील फायदे उघड करावे लागतील. शैक्षणिकदृष्ट्या, तथापि, LTOI एकात्मिक ऑन-चिप प्रणालींसाठी महत्त्वपूर्ण संशोधन क्षमता प्रदान करते, जसे की ऑक्टेव्ह-स्पॅनिंग इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कॉम्ब्स, PPLT, सॉलिटन आणि AWG तरंगलांबी विभागणी उपकरणे आणि ॲरे मॉड्युलेटर.
पोस्ट वेळ: नोव्हेंबर-08-2024