Нимгэн хальсан литийн танталат (LTOI) материал нь нэгдсэн оптикийн салбарт чухал шинэ хүч болж гарч ирж байна. Энэ жил LTOI модуляторуудын талаар хэд хэдэн өндөр түвшний бүтээл хэвлэгдсэн бөгөөд Шанхайн Микросистем ба Мэдээллийн Технологийн Хүрээлэнгийн профессор Синь Оугийн өндөр чанартай LTOI вафли, Швейцарийн EPFL-ийн профессор Киппенбергийн бүлгийн боловсруулсан өндөр чанартай долгион хөтлүүрийн сийлбэрийн процессууд багтсан болно. Тэдний хамтын хүчин чармайлт гайхалтай үр дүнг харуулсан. Түүнчлэн, профессор Лю Люгийн удирдсан Жэжян Их Сургууль, профессор Лончарын удирдсан Харвардын Их Сургуулийн судалгааны багууд өндөр хурдтай, өндөр тогтвортой LTOI модуляторуудын талаар мэдээлжээ.
Нимгэн хальсан литийн ниобатын (LNOI) ойрын хамаатан болох LTOI нь литийн ниобатын өндөр хурдны модуляци болон бага алдагдалтай шинж чанарыг хадгалахын зэрэгцээ хямд өртөг, бага хоёр хугарал, фоторефракцийн нөлөөллийг бууруулах зэрэг давуу талуудыг санал болгодог. Хоёр материалын үндсэн шинж чанаруудын харьцуулалтыг доор үзүүлэв.
◆ Литий танталат (LTOI) болон Литий ниобат (LNOI)-ийн ижил төстэй байдал
①Хугарлын индекс:2.12 ба 2.21
Энэ нь хоёр материалын нэг горимт долгион хөтлөгчийн хэмжээс, нугалах радиус болон нийтлэг идэвхгүй төхөөрөмжийн хэмжээсүүд нь маш төстэй бөгөөд тэдгээрийн шилэн холболтын гүйцэтгэл нь харьцуулж болохуйц гэсэн үг юм. Сайн долгион хөтлөгчийн сийлбэртэй бол хоёр материал хоёулаа оруулгын алдагдлыг бий болгож чадна.<0.1 дБ/см. EPFL нь долгион хөтлүүрийн алдагдал 5.6 дБ/м гэж мэдээлсэн.
2Электро-оптик коэффициент:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
Модуляцийн үр ашгийг хоёр материалын хувьд харьцуулж болох бөгөөд Покелсийн эффект дээр суурилсан модуляци нь өндөр зурвасын өргөнийг бий болгох боломжийг олгодог. Одоогийн байдлаар LTOI модуляторууд нь нэг эгнээнд 400G гүйцэтгэлтэй бөгөөд зурвасын өргөн нь 110 GHz-ээс давсан байна.
③Туузны зай:3.93 эВ ба 3.78 эВ
Хоёр материал хоёулаа өргөн тунгалаг цонхтой бөгөөд харагдахуйц долгионоос хэт улаан туяаны долгионы урта хүртэлх хэрэглээг дэмждэг бөгөөд холбооны зурвасуудад шингээлтгүй байдаг.
④Хоёрдугаар эрэмбийн шугаман бус коэффициент (d33):21 цаг/5-р цагийн хооронд vs 27 цаг/5-р цагийн хооронд
Хэрэв хоёрдогч гармоник үүсэлт (SHG), зөрүүний давтамж үүсэлт (DFG), эсвэл нийлбэрийн давтамж үүсэлт (SFG) зэрэг шугаман бус хэрэглээнд ашиглавал хоёр материалын хөрвүүлэлтийн үр ашиг нэлээд төстэй байх ёстой.
◆ LTOI болон LNOI-ийн өртгийн давуу тал
①Вафли бэлтгэх зардал бага
LNOI нь давхаргыг салгахад He ионы суулгац шаарддаг бөгөөд энэ нь ионжуулалтын үр ашиг багатай байдаг. Үүний эсрэгээр LTOI нь SOI-тэй төстэй салгахад H ионы суулгацыг ашигладаг бөгөөд энэ нь LNOI-ээс 10 дахин өндөр ялгах үр ашигтай байдаг. Энэ нь 6 инчийн вафлины үнийн мэдэгдэхүйц зөрүүг бий болгодог: 2000 доллараас 300 доллар буюу 85%-ийн өртгийг бууруулдаг.
2Энэ нь аль хэдийн хэрэглээний электроникийн зах зээл дээр акустик шүүлтүүрт өргөн хэрэглэгддэг.(Жилд 750,000 ширхэгийг Samsung, Apple, Sony гэх мэт компаниуд ашигладаг).
◆ LTOI болон LNOI-ийн гүйцэтгэлийн давуу талууд
①Материалын согог бага, фотохугарлын нөлөө сул, тогтвортой байдал илүү өндөр
Эхэндээ LNOI модуляторууд нь ихэвчлэн долгион хөтлөгчийн интерфэйс дэх согогоос үүдэлтэй цэнэгийн хуримтлалаас болж хазайлтын цэгийн хэлбэлзэлтэй байдаг. Хэрэв эмчлэхгүй бол эдгээр төхөөрөмжийг тогтворжуулахад нэг өдөр хүртэл хугацаа шаардагдаж магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч энэ асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд металл оксидын бүрээс, субстратын туйлшрал, ариутгал зэрэг янз бүрийн аргуудыг боловсруулсан нь энэ асуудлыг одоо бараг зохицуулах боломжтой болгосон.
Үүний эсрэгээр, LTOI нь материалын согог багатай тул шилжилтийн үзэгдлийг мэдэгдэхүйц бууруулдаг. Нэмэлт боловсруулалт хийлгүйгээр ч гэсэн түүний ажиллах цэг харьцангуй тогтвортой хэвээр байна. Үүнтэй төстэй үр дүнг EPFL, Харвард, Жэжянгийн Их Сургууль мэдээлсэн. Гэсэн хэдий ч харьцуулалтад ихэвчлэн боловсруулаагүй LNOI модуляторуудыг ашигладаг бөгөөд энэ нь бүрэн шударга биш байж магадгүй юм; боловсруулалтын хувьд хоёр материалын гүйцэтгэл ижил төстэй байх магадлалтай. Гол ялгаа нь LTOI нь нэмэлт боловсруулалтын цөөн алхам шаарддагт оршино.
2Доод хоёр талын хазайлт: 0.004 ба 0.07
Литий ниобатын (LNOI) өндөр хоёр хугарал нь заримдаа хүндрэлтэй байж болно, ялангуяа долгион хөтлөгчийн муруйлт нь горимын холболт болон горимын эрлийзжилтийг үүсгэж болзошгүй тул. Нимгэн LNOI-д долгион хөтлөгчийн муруйлт нь TE гэрлийг TM гэрэл болгон хэсэгчлэн хувиргаж, шүүлтүүр гэх мэт зарим идэвхгүй төхөөрөмжүүдийн үйлдвэрлэлийг хүндрүүлдэг.
LTOI-ийн хувьд хоёр хугарлын түвшин бага байх нь энэ асуудлыг арилгаж, өндөр хүчин чадалтай идэвхгүй төхөөрөмжүүдийг хөгжүүлэхэд хялбар болгож болзошгүй юм. EPFL нь мөн мэдэгдэхүйц үр дүнг мэдээлсэн бөгөөд LTOI-ийн хоёр хугарлын түвшин бага, горим огтлолцолгүй байдлыг ашиглан өргөн спектрийн хүрээнд хавтгай тархалтын хяналттай хэт өргөн спектрийн электро-оптик давтамжийн сам үүсгэх боломжтой болсон. Үүний үр дүнд литийн ниобатаар хийж болох хэмжээнээс хэд дахин их буюу 2000 гаруй самны шугамтай гайхалтай 450 нм самны зурвасын өргөн бий болсон. Керр оптик давтамжийн самтай харьцуулахад электро-оптик сам нь босгогүй, илүү тогтвортой байх давуу талыг санал болгодог боловч өндөр хүчин чадалтай богино долгионы оролт шаарддаг.
③Оптик гэмтлийн өндөр босго
LTOI-ийн оптик гэмтлийн босго нь LNOI-ээс хоёр дахин их бөгөөд шугаман бус хэрэглээнд (мөн ирээдүйд Когерент Төгс Шингээлт (CPO) хэрэглээнд) давуу тал олгодог. Одоогийн оптик модулийн чадлын түвшин нь литийн ниобатыг гэмтээх магадлал багатай.
④Бага Раманы эффект
Энэ нь шугаман бус хэрэглээнд ч мөн хамаарна. Литийн ниобат нь хүчтэй Раманы нөлөөтэй бөгөөд энэ нь Керрийн оптик давтамжийн сам хэрэглээнд хүсээгүй Раманы гэрлийн үүсэлтэд хүргэж, өрсөлдөөнийг нэмэгдүүлж, x-зүссэн литийн ниобатын оптик давтамжийн самнуудыг солитон төлөвт хүрэхээс сэргийлдэг. LTOI-ийн тусламжтайгаар Раманы нөлөөг болор чиглэлийн загвараар дарангуйлж, x-зүссэн LTOI-д солитон оптик давтамжийн сам үүсгэх боломжийг олгодог. Энэ нь солитон оптик давтамжийн самнуудыг өндөр хурдны модулятортой цул нэгтгэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь LNOI-ийн тусламжтайгаар боломжгүй юм.
◆ Нимгэн хальсан литийн танталат (LTOI)-ийн талаар яагаад өмнө нь дурдаагүй вэ?
Литийн танталат нь литийн ниобатаас бага Кюри температуртай (610°C ба 1157°C). Гетероинтеграцийн технологи (XOI) хөгжихөөс өмнө литийн ниобатын модуляторуудыг титаны диффуз ашиглан үйлдвэрлэдэг байсан бөгөөд энэ нь 1000°C-аас дээш температурт шарах шаардлагатай болдог тул LTOI-г тохиромжгүй болгодог. Гэсэн хэдий ч өнөө үед модулятор үүсгэхэд тусгаарлагч суурь болон долгион хөтлүүр сийлбэр ашиглах хандлага ажиглагдаж байгаа тул 610°C Кюри температур хангалттай байна.
◆ Нимгэн хальсан литийн танталат (LTOI) нь нимгэн хальсан литийн ниобат (TFLN)-ийг орлох уу?
Одоогийн судалгаан дээр үндэслэн LTOI нь идэвхгүй гүйцэтгэл, тогтвортой байдал, томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлийн өртгийн давуу талуудыг санал болгодог бөгөөд илэрхий сул тал байхгүй. Гэсэн хэдий ч LTOI нь модуляцийн гүйцэтгэлээрээ литийн ниобатаас давж гардаггүй бөгөөд LNOI-ийн тогтвортой байдлын асуудлууд нь мэдэгдэж буй шийдэлтэй байдаг. Харилцаа холбооны DR модулиудын хувьд идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн эрэлт хэрэгцээ хамгийн бага байдаг (шаардлагатай бол цахиурын нитридийг ашиглаж болно). Нэмж дурдахад, вафли түвшний сийлбэрийн процесс, гетероинтеграцийн техник, найдвартай байдлын туршилтыг дахин бий болгоход шинэ хөрөнгө оруулалт шаардлагатай (литийн ниобатын сийлбэрийн бэрхшээл нь долгион хөтлөгч биш, харин өндөр гарцтай вафли түвшний сийлбэрт хүрэх явдал байв). Тиймээс литийн ниобатын тогтсон байр суурьтай өрсөлдөхийн тулд LTOI нь цаашид давуу талыг олж илрүүлэх шаардлагатай болж магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч эрдэм шинжилгээний хувьд LTOI нь октав хүрээтэй электро-оптик сам, PPLT, солитон болон AWG долгионы уртын хуваах төхөөрөмж, массив модулятор зэрэг нэгдсэн чип дээрх системүүдийн судалгааны томоохон боломжийг санал болгодог.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 11-р сарын 8