วัสดุลิเธียมแทนทาเลทแบบฟิล์มบาง (LTOI) กำลังกลายเป็นพลังใหม่ที่สำคัญในด้านทัศนศาสตร์แบบบูรณาการ ในปีนี้ มีการเผยแพร่ผลงานระดับสูงหลายชิ้นเกี่ยวกับโมดูเลเตอร์ LTOI โดยมีเวเฟอร์ LTOI คุณภาพสูงจัดทำโดยศาสตราจารย์ Xin Ou จากสถาบันไมโครซิสเต็มและเทคโนโลยีสารสนเทศแห่งเซี่ยงไฮ้ และกระบวนการแกะสลักท่อนำคลื่นคุณภาพสูงที่พัฒนาโดยกลุ่มของศาสตราจารย์ Kippenberg ที่ EPFL ,สวิตเซอร์แลนด์ ความพยายามในการทำงานร่วมกันของพวกเขาได้แสดงผลลัพธ์ที่น่าประทับใจ นอกจากนี้ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเจ้อเจียงที่นำโดยศาสตราจารย์ Liu Liu และมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดที่นำโดยศาสตราจารย์ Loncar ยังได้รายงานเกี่ยวกับโมดูเลเตอร์ LTOI ความเร็วสูงและความเสถียรสูงอีกด้วย
ในฐานะญาติสนิทของลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบาง (LNOI) LTOI ยังคงรักษาคุณสมบัติการปรับความเร็วสูงและการสูญเสียต่ำของลิเธียมไนโอเบต ขณะเดียวกันก็ให้ข้อได้เปรียบ เช่น ต้นทุนต่ำ การหักเหของแสงสองทางต่ำ และผลกระทบจากการหักเหของแสงที่ลดลง การเปรียบเทียบคุณสมบัติหลักของวัสดุทั้งสองมีดังต่อไปนี้
◆ ความคล้ายคลึงกันระหว่างลิเธียมแทนทาเลต (LTOI) และลิเธียมไนโอเบต (LNOI)
①ดัชนีการหักเหของแสง:2.12 กับ 2.21
นี่หมายความว่าขนาดท่อนำคลื่นแบบโหมดเดี่ยว รัศมีการโค้งงอ และขนาดอุปกรณ์พาสซีฟทั่วไปที่ใช้วัสดุทั้งสองมีความคล้ายคลึงกันมากและประสิทธิภาพการเชื่อมต่อไฟเบอร์ก็เทียบเคียงได้เช่นกัน ด้วยการแกะสลักท่อนำคลื่นที่ดี วัสดุทั้งสองสามารถสูญเสียการแทรกได้<0.1 เดซิเบล/ซม. EPFL รายงานการสูญเสียท่อนำคลื่นที่ 5.6 dB/m
②ค่าสัมประสิทธิ์ไฟฟ้าแก้วนำแสง:30.5 น./V กับ 30.9 น./V
ประสิทธิภาพการปรับเทียบเคียงได้กับวัสดุทั้งสอง โดยการปรับขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ Pockels ซึ่งทำให้มีแบนด์วิธสูง ปัจจุบัน โมดูเลเตอร์ LTOI สามารถบรรลุประสิทธิภาพ 400G ต่อเลน โดยมีแบนด์วิธเกิน 110 GHz
๓แบนด์แกป:3.93 eV เทียบกับ 3.78 eV
วัสดุทั้งสองมีหน้าต่างโปร่งใสที่กว้าง รองรับการใช้งานตั้งแต่ความยาวคลื่นที่มองเห็นไปจนถึงความยาวคลื่นอินฟราเรด โดยไม่มีการดูดซึมในย่านความถี่การสื่อสาร
④สัมประสิทธิ์ไม่เชิงเส้นลำดับที่สอง (d33):21.00 น./V เทียบกับ 27.00 น./V
หากใช้สำหรับการใช้งานแบบไม่เชิงเส้น เช่น การสร้างฮาร์มอนิกที่สอง (SHG) การสร้างความถี่ต่างกัน (DFG) หรือการสร้างความถี่รวม (SFG) ประสิทธิภาพการแปลงของวัสดุทั้งสองควรจะค่อนข้างใกล้เคียงกัน
◆ ความได้เปรียบด้านต้นทุนของ LTOI กับ LNOI
①ลดต้นทุนการเตรียมเวเฟอร์
LNOI กำหนดให้มีการฝังไอออน He เพื่อแยกชั้น ซึ่งมีประสิทธิภาพไอออไนเซชันต่ำ ในทางตรงกันข้าม LTOI ใช้การฝังไอออน H เพื่อแยกสาร คล้ายกับซอย โดยมีประสิทธิภาพการแยกสารสูงกว่า LNOI มากกว่า 10 เท่า ส่งผลให้ราคาเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้วแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ: 300 ดอลลาร์สหรัฐฯ เทียบกับ 2,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ ซึ่งลดต้นทุนลง 85%
②มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในตลาดเครื่องใช้ไฟฟ้าสำหรับตัวกรองเสียง(750,000 เครื่องต่อปี ใช้โดย Samsung, Apple, Sony ฯลฯ)
◆ ข้อดีด้านประสิทธิภาพของ LTOI กับ LNOI
①ข้อบกพร่องของวัสดุน้อยลง, ผลการหักเหของแสงที่ลดลง, ความเสถียรมากขึ้น
ในขั้นต้น โมดูเลเตอร์ LNOI มักจะแสดงจุดอคติดริฟท์ สาเหตุหลักมาจากการสะสมประจุที่เกิดจากข้อบกพร่องที่ส่วนต่อประสานท่อนำคลื่น หากไม่ได้รับการรักษา อุปกรณ์เหล่านี้อาจใช้เวลาถึง 1 วันจึงจะเสถียร อย่างไรก็ตาม มีการพัฒนาวิธีการต่างๆ มากมายเพื่อแก้ไขปัญหานี้ เช่น การใช้การหุ้มโลหะออกไซด์ โพลาไรเซชันของสารตั้งต้น และการอบอ่อน ทำให้ขณะนี้ปัญหานี้สามารถจัดการได้เป็นส่วนใหญ่
ในทางตรงกันข้าม LTOI มีข้อบกพร่องด้านวัสดุน้อยกว่า ส่งผลให้ปรากฏการณ์การดริฟท์ลดลงอย่างมาก แม้ว่าจะไม่มีการประมวลผลเพิ่มเติม จุดปฏิบัติการก็ยังคงค่อนข้างเสถียร ผลลัพธ์ที่คล้ายกันได้รับการรายงานโดย EPFL, Harvard และมหาวิทยาลัยเจ้อเจียง อย่างไรก็ตาม การเปรียบเทียบมักจะใช้โมดูเลเตอร์ LNOI ที่ไม่ผ่านการบำบัด ซึ่งอาจไม่ยุติธรรมเลย ด้วยการประมวลผล ประสิทธิภาพของวัสดุทั้งสองน่าจะใกล้เคียงกัน ข้อแตกต่างหลักอยู่ที่ LTOI ซึ่งต้องการขั้นตอนการประมวลผลเพิ่มเติมน้อยลง
②การสะท้อนแสงที่ต่ำกว่า: 0.004 กับ 0.07
การรีฟริงกิ้งที่สูงของลิเธียมไนโอเบต (LNOI) อาจเป็นเรื่องที่ท้าทายในบางครั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อท่อนำคลื่นโค้งงออาจทำให้เกิดโหมดคัปปลิ้งและโหมดไฮบริไดเซชัน ใน LNOI แบบบาง การโค้งงอในท่อนำคลื่นสามารถเปลี่ยนแสง TE ให้เป็นแสง TM ได้บางส่วน ซึ่งทำให้การสร้างอุปกรณ์แบบพาสซีฟบางอย่าง เช่น ฟิลเตอร์ ซับซ้อนยิ่งขึ้น
เมื่อใช้ LTOI การหักเหของแสงที่ต่ำกว่าจะช่วยขจัดปัญหานี้ และทำให้การพัฒนาอุปกรณ์แฝงประสิทธิภาพสูงง่ายขึ้น นอกจากนี้ EPFL ยังรายงานผลลัพธ์ที่โดดเด่น โดยใช้ประโยชน์จากการหักเหของแสงที่ต่ำของ LTOI และการไม่มีโหมดข้าม เพื่อให้ได้การสร้างหวีความถี่ไฟฟ้าออปติกสเปกตรัมกว้างพิเศษพร้อมการควบคุมการกระจายตัวแบบแบนตลอดช่วงสเปกตรัมกว้าง ผลลัพธ์ที่ได้คือแบนด์วิธหวี 450 นาโนเมตรที่น่าประทับใจ พร้อมด้วยหวีมากกว่า 2,000 เส้น ซึ่งมากกว่าที่สามารถทำได้ด้วยลิเธียมไนโอเบตหลายเท่า เมื่อเปรียบเทียบกับหวีความถี่แสงของ Kerr แล้ว หวีไฟฟ้าออปติกมีข้อดีคือไม่มีเกณฑ์และมีความเสถียรมากกว่า แม้ว่าต้องใช้อินพุตไมโครเวฟกำลังสูงก็ตาม
๓เกณฑ์ความเสียหายทางแสงที่สูงขึ้น
เกณฑ์ความเสียหายทางแสงของ LTOI นั้นเป็นสองเท่าของ LNOI ซึ่งให้ข้อได้เปรียบในการใช้งานแบบไม่เชิงเส้น (และการใช้งาน Coherent Perfect Absorption (CPO) ในอนาคต) ระดับพลังงานของโมดูลออปติคอลในปัจจุบันไม่น่าจะสร้างความเสียหายให้กับลิเธียมไนโอเบต
④เอฟเฟกต์รามันต่ำ
สิ่งนี้ยังเกี่ยวข้องกับแอปพลิเคชันที่ไม่เชิงเส้นด้วย ลิเธียมไนโอเบตมีเอฟเฟ็กต์รามานที่แข็งแกร่ง ซึ่งในการใช้งานหวีความถี่แสงของ Kerr สามารถนำไปสู่การสร้างแสงรามานที่ไม่ต้องการและเพิ่มการแข่งขันได้ ป้องกันไม่ให้หวีความถี่แสงลิเธียมไนโอเบตแบบ x-cut เข้าถึงสถานะโซลิตัน ด้วย LTOI คุณสามารถระงับเอฟเฟกต์ Raman ได้ด้วยการออกแบบการวางแนวคริสตัล ทำให้ LTOI แบบ x-cut สามารถสร้างหวีความถี่แสงโซลิตันได้ ซึ่งช่วยให้สามารถบูรณาการเสาหินของหวีความถี่แสงโซลิตันกับโมดูเลเตอร์ความเร็วสูงได้ ซึ่ง LNOI ไม่สามารถทำได้
◆ เหตุใดจึงไม่กล่าวถึงลิเธียมแทนทาเลตแบบฟิล์มบาง (LTOI) ก่อนหน้านี้
ลิเธียมแทนทาเลตมีอุณหภูมิคูรีต่ำกว่าลิเธียมไนโอเบต (610°C เทียบกับ 1157°C) ก่อนการพัฒนาเทคโนโลยีเฮเทอโรอินทิเกรชัน (XOI) โมดูเลเตอร์ลิเธียมไนโอเบตได้รับการผลิตโดยใช้การแพร่กระจายของไทเทเนียม ซึ่งต้องผ่านการอบอ่อนที่อุณหภูมิมากกว่า 1,000°C ซึ่งทำให้ LTOI ไม่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม ด้วยการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันไปสู่การใช้ซับสเตรตที่เป็นฉนวนและการแกะสลักท่อนำคลื่นสำหรับการสร้างโมดูเลเตอร์ อุณหภูมิคูรีที่มีอุณหภูมิ 610°C ก็เพียงพอแล้ว
◆ ลิเธียมแทนทาเลตแบบฟิล์มบาง (LTOI) จะมาแทนที่ลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบาง (TFLN) หรือไม่
จากการวิจัยในปัจจุบัน LTOI มีข้อได้เปรียบในด้านประสิทธิภาพเชิงรับ ความเสถียร และต้นทุนการผลิตขนาดใหญ่ โดยไม่มีข้อบกพร่องที่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม LTOI ไม่ได้เหนือกว่าลิเธียมไนโอเบตในด้านประสิทธิภาพการปรับ และปัญหาด้านเสถียรภาพของ LNOI ก็เป็นแนวทางแก้ไขที่ทราบแล้ว สำหรับโมดูล DR การสื่อสาร มีความต้องการส่วนประกอบแบบพาสซีฟเพียงเล็กน้อย (และสามารถใช้ซิลิคอนไนไตรด์ได้หากจำเป็น) นอกจากนี้ จำเป็นต้องมีการลงทุนใหม่เพื่อสร้างกระบวนการแกะสลักระดับเวเฟอร์ เทคนิคการผสานรวมแบบเฮเทอโร และการทดสอบความน่าเชื่อถืออีกครั้ง (ความยากลำบากในการแกะสลักลิเธียมไนโอเบตไม่ใช่ท่อนำคลื่น แต่บรรลุการแกะสลักระดับเวเฟอร์ที่ให้ผลตอบแทนสูง) ดังนั้น เพื่อที่จะแข่งขันกับจุดยืนของลิเธียมไนโอเบต LTOI อาจจำเป็นต้องเปิดเผยข้อได้เปรียบเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม ในทางวิชาการ LTOI นำเสนอศักยภาพการวิจัยที่สำคัญสำหรับระบบบนชิปแบบรวม เช่น หวีไฟฟ้าออปติกช่วงแปดความถี่, PPLT, อุปกรณ์แบ่งโซลิตันและความยาวคลื่น AWG และโมดูเลเตอร์อาเรย์
เวลาโพสต์: 08 พ.ย.-2024