Thin-film lithium tantalate (LTOI) ပစ္စည်းသည် integrated optics နယ်ပယ်တွင် သိသာထင်ရှားသော အင်အားသစ်တစ်ခုအဖြစ် ပေါ်ထွက်လာနေပါသည်။ ယခုနှစ်တွင် LTOI modulators များဆိုင်ရာ အဆင့်မြင့်လုပ်ငန်းများစွာကို ထုတ်ဝေခဲ့ပြီး၊ Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology မှ ပါမောက္ခ Xin Ou မှ ပံ့ပိုးပေးသော အရည်အသွေးမြင့် LTOI wafers များနှင့် ဆွစ်ဇာလန်နိုင်ငံ၊ EPFL ရှိ ပါမောက္ခ Kippenberg ၏အဖွဲ့မှ တီထွင်ထားသော အရည်အသွေးမြင့် waveguide etching လုပ်ငန်းစဉ်များ ပါဝင်သည်။ ၎င်းတို့၏ ပူးပေါင်းဆောင်ရွက်မှုများသည် အထင်ကြီးလောက်သော ရလဒ်များကို ပြသခဲ့သည်။ ထို့အပြင်၊ ပါမောက္ခ Liu Liu ဦးဆောင်သော Zhejiang တက္ကသိုလ်နှင့် ပါမောက္ခ Loncar ဦးဆောင်သော Harvard တက္ကသိုလ်မှ သုတေသနအဖွဲ့များသည် မြန်နှုန်းမြင့်၊ တည်ငြိမ်မှုမြင့်မားသော LTOI modulators များအကြောင်းလည်း အစီရင်ခံတင်ပြခဲ့ကြသည်။
thin-film lithium niobate (LNOI) ၏ ဆွေမျိုးရင်းချာအနေဖြင့် LTOI သည် လီသီယမ် niobate ၏ မြန်နှုန်းမြင့် modulation နှင့် low-loss ဝိသေသလက္ခဏာများကို ထိန်းသိမ်းထားပြီး ကုန်ကျစရိတ်နည်းပါးခြင်း၊ birefringence နည်းပါးခြင်းနှင့် photorefractive effect လျော့နည်းခြင်းကဲ့သို့သော အားသာချက်များကိုလည်း ပေးဆောင်ပါသည်။ ပစ္စည်းနှစ်ခု၏ အဓိကဝိသေသလက္ခဏာများကို အောက်တွင် နှိုင်းယှဉ်ဖော်ပြထားပါသည်။
◆ လီသီယမ် တန္တာလိတ် (LTOI) နှင့် လီသီယမ် နိုင်အိုဘိတ် (LNOI) အကြား ဆင်တူမှုများ
၁အလင်းယိုင်ညွှန်းကိန်း:၂.၁၂ နှင့် ၂.၂၁
ဆိုလိုသည်မှာ single-mode waveguide dimensions, bending radius နှင့် နှစ်မျိုးလုံးအပေါ် အခြေခံထားသော passive device sizes များသည် အလွန်ဆင်တူပြီး ၎င်းတို့၏ fiber coupling performance သည်လည်း နှိုင်းယှဉ်နိုင်သည်။ ကောင်းမွန်သော waveguide etching ဖြင့် နှစ်မျိုးလုံးသည် insertion loss ကို ရရှိနိုင်သည်။<0.1 dB/cm2။ EPFL သည် 5.6 dB/m2 ၏ waveguide loss ကို အစီရင်ခံသည်။
၂အီလက်ထရို-အော့ပတစ် ကိန်း:ညနေ ၃၀.၅ နာရီ/V vs ညနေ ၃၀.၉ နာရီ/V
မော်ဂျူလာစွမ်းဆောင်ရည်သည် ပစ္စည်းနှစ်မျိုးလုံးအတွက် နှိုင်းယှဉ်နိုင်ပြီး Pockels effect ကိုအခြေခံ၍ မော်ဂျူလာခြင်းသည် bandwidth မြင့်မားစေပါသည်။ လက်ရှိတွင် LTOI မော်ဂျူလာများသည် bandwidth 110 GHz ထက်ကျော်လွန်သော လမ်းကြောင်းစွမ်းဆောင်ရည်ဖြင့် 400G ရရှိနိုင်မည်ဖြစ်သည်။
၃bandgap:၃.၉၃ eV နှင့် ၃.၇၈ eV
ပစ္စည်းနှစ်မျိုးလုံးတွင် ကျယ်ပြန့်သော ဖောက်ထွင်းမြင်ရသော ပြတင်းပေါက်တစ်ခုရှိပြီး မြင်နိုင်သော လှိုင်းအလျားမှ အနီအောက်ရောင်ခြည် လှိုင်းအလျားအထိ အသုံးချမှုများကို ဆက်သွယ်ရေး band များတွင် စုပ်ယူမှုမရှိပါ။
၄ဒုတိယအဆင့် မျဉ်းမတော်သော ကိန်း (d33):ညနေ ၂၁ နာရီ/V vs ညနေ ၂၇ နာရီ/V
အကယ်၍ ဒုတိယ သဟဇာတဖြစ်မှု ထုတ်လုပ်မှု (SHG)၊ ခြားနားချက်-ကြိမ်နှုန်း ထုတ်လုပ်မှု (DFG) သို့မဟုတ် ပေါင်းလဒ်-ကြိမ်နှုန်း ထုတ်လုပ်မှု (SFG) ကဲ့သို့သော မျဉ်းမတော်သော အသုံးချမှုများအတွက် အသုံးပြုပါက ပစ္စည်းနှစ်ခု၏ ပြောင်းလဲမှု စွမ်းဆောင်ရည်များသည် အတော်လေး ဆင်တူသင့်သည်။
◆ LTOI နှင့် LNOI တို့၏ ကုန်ကျစရိတ်အားသာချက်
၁ဝေဖာပြင်ဆင်မှုကုန်ကျစရိတ်နည်းပါးခြင်း
LNOI သည် အလွှာခွဲထုတ်ရန်အတွက် He အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းမှု လိုအပ်ပြီး ၎င်းသည် အိုင်းယွန်းထုတ်လုပ်မှု စွမ်းဆောင်ရည် နိမ့်သည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့် LTOI သည် SOI ကဲ့သို့ပင် ခွဲထုတ်ရန်အတွက် H အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းမှုကို အသုံးပြုပြီး LNOI ထက် ၁၀ ဆကျော် ပိုမိုမြင့်မားသော delamination စွမ်းဆောင်ရည်ရှိသည်။ ၎င်းသည် ၆ လက်မ wafers များအတွက် သိသာထင်ရှားသော ဈေးနှုန်းကွာခြားချက်ကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်- $300 နှင့် $2000 ဖြစ်ပြီး ကုန်ကျစရိတ် ၈၅% လျော့ကျစေသည်။
၂၎င်းကို acoustic filter များအတွက် စားသုံးသူအီလက်ထရွန်းနစ်ဈေးကွက်တွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အသုံးပြုပြီးဖြစ်သည်။(တစ်နှစ်လျှင် ယူနစ် ၇၅၀,၀၀၀၊ Samsung၊ Apple၊ Sony စသည်ဖြင့် အသုံးပြုသည်)။
◆ LTOI နှင့် LNOI တို့၏ စွမ်းဆောင်ရည် အားသာချက်များ
၁ပစ္စည်းချို့ယွင်းချက်နည်းပါးခြင်း၊ ဓာတ်ပုံအလင်းယိုင်ခြင်းအာနိသင်အားနည်းခြင်း၊ ပိုမိုတည်ငြိမ်မှု
အစပိုင်းတွင် LNOI modulators များသည် waveguide interface တွင် ချို့ယွင်းချက်များကြောင့် အားသွင်းစုဆောင်းမှုကြောင့် bias point drift ကို မကြာခဏပြသလေ့ရှိသည်။ ကုသမှုမခံယူပါက ဤကိရိယာများ တည်ငြိမ်ရန် တစ်ရက်အထိ ကြာနိုင်သည်။ သို့သော် ဤပြဿနာကို ဖြေရှင်းရန် နည်းလမ်းအမျိုးမျိုးကို တီထွင်ခဲ့ပြီး ဥပမာ metal oxide cladding၊ substrate polarization နှင့် annealing တို့ကို အသုံးပြုခဲ့သဖြင့် ယခုအခါ ဤပြဿနာကို အများအားဖြင့် စီမံခန့်ခွဲနိုင်ပြီဖြစ်သည်။
ဆန့်ကျင်ဘက်အနေနဲ့ LTOI မှာ ပစ္စည်းချို့ယွင်းချက်နည်းပါးတာကြောင့် လွင့်မျောမှုဖြစ်စဉ်တွေကို သိသိသာသာလျော့နည်းစေပါတယ်။ အပိုဆောင်းလုပ်ဆောင်မှုမပါဘဲတောင်မှ သူ့ရဲ့လည်ပတ်မှုအမှတ်ဟာ တည်ငြိမ်နေဆဲပါ။ EPFL၊ Harvard နဲ့ Zhejiang တက္ကသိုလ်တို့ကလည်း အလားတူရလဒ်တွေကို တင်ပြထားပါတယ်။ ဒါပေမယ့် နှိုင်းယှဉ်ချက်မှာ ကုသမှုမခံယူရသေးတဲ့ LNOI modulators တွေကို မကြာခဏအသုံးပြုလေ့ရှိပြီး အဲဒါက လုံးဝမျှတတယ်လို့ မဆိုနိုင်ပါဘူး။ လုပ်ဆောင်မှုနဲ့ပတ်သက်ပြီး ပစ္စည်းနှစ်မျိုးလုံးရဲ့စွမ်းဆောင်ရည်က အလားတူဖြစ်နိုင်ပါတယ်။ အဓိကကွာခြားချက်ကတော့ LTOI မှာ အပိုဆောင်းလုပ်ဆောင်မှုအဆင့်တွေ ပိုနည်းဖို့ လိုအပ်ပါတယ်။
၂Birefringence နိမ့်ခြင်း: 0.004 vs 0.07
လီသီယမ် နိုင်အိုဘိတ် (LNOI) ၏ မြင့်မားသော birefringence သည် တစ်ခါတစ်ရံတွင် စိန်ခေါ်မှုတစ်ရပ် ဖြစ်နိုင်ပြီး၊ အထူးသဖြင့် waveguide ကွေးညွှတ်မှုများသည် mode coupling နှင့် mode hybridization ကို ဖြစ်စေနိုင်သည်။ ပါးလွှာသော LNOI တွင်၊ waveguide ရှိ ကွေးညွှတ်မှုသည် TE အလင်းကို TM အလင်းအဖြစ် တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း ပြောင်းလဲပေးနိုင်ပြီး filter များကဲ့သို့သော passive device အချို့၏ ထုတ်လုပ်မှုကို ရှုပ်ထွေးစေနိုင်သည်။
LTOI ဖြင့် birefringence နည်းပါးခြင်းက ဤပြဿနာကို ဖယ်ရှားပေးပြီး မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ရှိသော passive devices များ တီထွင်ရန် ပိုမိုလွယ်ကူစေပါသည်။ EPFL သည် LTOI ၏ birefringence နည်းပါးခြင်းနှင့် mode-crossing မရှိခြင်းကို အသုံးချခြင်းဖြင့် ultra-wide-spectrum electro-optic frequency comb generation ကို ကျယ်ပြန့်သော spectral range တစ်လျှောက် flat dispersion control ဖြင့် ရရှိစေသည့် ထင်ရှားသောရလဒ်များကိုလည်း တင်ပြထားပါသည်။ ၎င်းသည် lithium niobate ဖြင့် ရရှိနိုင်သည့်ပမာဏထက် အဆပေါင်းများစွာ ပိုမိုကြီးမားသော comb lines 2000 ကျော်ဖြင့် အထင်ကြီးလောက်သော 450 nm comb bandwidth ကို ရရှိစေပါသည်။ Kerr optical frequency combs များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက electro-optic combs များသည် threshold-free နှင့် ပိုမိုတည်ငြိမ်ခြင်း၏ အားသာချက်ကို ပေးစွမ်းသော်လည်း ၎င်းတို့သည် high-power microwave input လိုအပ်ပါသည်။
၃အလင်းဒဏ်ပိုမိုမြင့်မားသော ကန့်သတ်ချက်
LTOI ၏ အလင်းတန်းပျက်စီးမှု ကန့်သတ်ချက်သည် LNOI ထက် နှစ်ဆရှိပြီး nonlinear applications များတွင် (နှင့် အနာဂတ်တွင် Coherent Perfect Absorption (CPO) applications များတွင် အားသာချက်တစ်ခု) ကို ပေးစွမ်းနိုင်သည်။ လက်ရှိ အလင်းတန်းမော်ဂျူး ပါဝါအဆင့်များသည် လီသီယမ် နိုင်အိုဘိတ်ကို ပျက်စီးစေရန် မဖြစ်နိုင်ပါ။
၄ရာမန်အနိမ့်အကျိုးသက်ရောက်မှု
၎င်းသည် nonlinear application များနှင့်လည်း သက်ဆိုင်ပါသည်။ လီသီယမ် niobate တွင် ပြင်းထန်သော Raman effect ရှိပြီး Kerr optical frequency comb application များတွင် မလိုလားအပ်သော Raman light generation ကို ဖြစ်ပေါ်စေပြီး ယှဉ်ပြိုင်မှုရရှိစေကာ x-cut lithium niobate optical frequency combs များသည် soliton state သို့ မရောက်စေရန် တားဆီးပေးပါသည်။ LTOI ဖြင့် Raman effect ကို crystal orientation design မှတစ်ဆင့် နှိမ်နင်းနိုင်ပြီး x-cut LTOI သည် soliton optical frequency comb generation ကို ရရှိစေပါသည်။ ၎င်းသည် soliton optical frequency combs များကို high-speed modulators များနှင့် monolithic ပေါင်းစပ်မှုကို ဖြစ်စေပြီး LNOI တွင် မရရှိနိုင်သော လုပ်ဆောင်ချက်တစ်ခုဖြစ်သည်။
◆ အဘယ်ကြောင့် Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) အကြောင်း အစောပိုင်းက မဖော်ပြခဲ့သနည်း။
လီသီယမ်တန္တလိတ်သည် လီသီယမ်နိုင်အိုဘိတ်ထက် ကျူရီအပူချိန် နိမ့်သည် (၆၁၀°C vs. ၁၁၅၇°C)။ heterointegration နည်းပညာ (XOI) မဖွံ့ဖြိုးမီက လီသီယမ်နိုင်အိုဘိတ် မော်ဂျူလာများကို တိုက်တေနီယမ်ပျံ့နှံ့မှုကို အသုံးပြု၍ ထုတ်လုပ်ခဲ့ပြီး ၁၀၀၀°C ကျော်တွင် အပူပေးရန်လိုအပ်သောကြောင့် LTOI ကို မသင့်တော်စေပါ။ သို့သော် ယနေ့ခေတ်တွင် မော်ဂျူလာဖွဲ့စည်းမှုအတွက် insulator substrates နှင့် waveguide etching ကိုအသုံးပြုသည့်ဘက်သို့ ပြောင်းလဲလာသည်နှင့်အမျှ ၆၁၀°C Curie အပူချိန်သည် လုံလောက်ပါသည်။
◆ Thin-Film Lithium Niobate (TFLN) ကို Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) က အစားထိုးမှာလား။
လက်ရှိသုတေသနပြုချက်အပေါ်အခြေခံ၍ LTOI သည် passive performance၊ တည်ငြိမ်မှုနှင့် ကြီးမားသောထုတ်လုပ်မှုကုန်ကျစရိတ်တို့တွင် အားသာချက်များကို ပေးစွမ်းပြီး သိသာထင်ရှားသောအားနည်းချက်များမရှိပါ။ သို့သော် LTOI သည် modulation performance တွင် lithium niobate ထက် မကျော်လွန်ပါ၊ LNOI ၏တည်ငြိမ်မှုပြဿနာများတွင် လူသိများသောဖြေရှင်းနည်းများရှိသည်။ ဆက်သွယ်ရေး DR မော်ဂျူးများအတွက် passive components များအတွက် အနည်းငယ်သာဝယ်လိုအားရှိသည် (လိုအပ်ပါက silicon nitride ကိုအသုံးပြုနိုင်သည်)။ ထို့အပြင်၊ wafer-level etching လုပ်ငန်းစဉ်များ၊ heterointegration နည်းပညာများနှင့် ယုံကြည်စိတ်ချရမှုစမ်းသပ်မှုများကို ပြန်လည်တည်ဆောက်ရန် ရင်းနှီးမြှုပ်နှံမှုအသစ်များ လိုအပ်သည် (lithium niobate etching ၏အခက်အခဲမှာ waveguide မဟုတ်ဘဲ high-yield wafer-level etching ကိုရရှိခြင်း)။ ထို့ကြောင့် lithium niobate ၏ တည်ထောင်ထားသောအနေအထားနှင့် ယှဉ်ပြိုင်ရန်အတွက် LTOI သည် နောက်ထပ်အားသာချက်များကို ဖော်ထုတ်ရန် လိုအပ်နိုင်သည်။ သို့သော် ပညာရေးအရ LTOI သည် octave-spanning electro-optic combs၊ PPLT၊ soliton နှင့် AWG wavelength division devices များနှင့် array modulators ကဲ့သို့သော integrated on-chip စနစ်များအတွက် သိသာထင်ရှားသော သုတေသနအလားအလာကို ပေးဆောင်သည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၄ ခုနှစ်၊ နိုဝင်ဘာလ ၈ ရက်