एकीकृत प्रकाशिकी के क्षेत्र में पतली-फिल्म लिथियम टैंटलेट (LTOI) पदार्थ एक महत्वपूर्ण नई शक्ति के रूप में उभर रहा है। इस वर्ष, LTOI मॉड्यूलेटर पर कई उच्च-स्तरीय शोध प्रकाशित हुए हैं, जिनमें शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ माइक्रोसिस्टम एंड इंफॉर्मेशन टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर शिन ओउ द्वारा प्रदान किए गए उच्च-गुणवत्ता वाले LTOI वेफर्स और स्विट्जरलैंड के EPFL में प्रोफेसर किपेनबर्ग के समूह द्वारा विकसित उच्च-गुणवत्ता वाली वेवगाइड एचिंग प्रक्रियाएँ शामिल हैं। उनके संयुक्त प्रयासों ने प्रभावशाली परिणाम प्रदर्शित किए हैं। इसके अतिरिक्त, प्रोफेसर लियू लियू के नेतृत्व में झेजियांग विश्वविद्यालय और प्रोफेसर लोनकर के नेतृत्व में हार्वर्ड विश्वविद्यालय की शोध टीमों ने भी उच्च-गति, उच्च-स्थिरता वाले LTOI मॉड्यूलेटर पर रिपोर्ट दी है।
पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट (LNOI) के एक करीबी रिश्तेदार के रूप में, LTOI लिथियम नाइओबेट के उच्च-गति मॉडुलन और कम-हानि विशेषताओं को बरकरार रखता है, साथ ही कम लागत, कम द्विअपवर्तन और कम प्रकाश-अपवर्तक प्रभाव जैसे लाभ भी प्रदान करता है। दोनों पदार्थों की मुख्य विशेषताओं की तुलना नीचे प्रस्तुत की गई है।
◆ लिथियम टैंटलेट (LTOI) और लिथियम नियोबेट (LNOI) के बीच समानताएं
1अपवर्तक सूचकांक:2.12 बनाम 2.21
इसका अर्थ है कि दोनों सामग्रियों पर आधारित सिंगल-मोड वेवगाइड के आयाम, बंकन त्रिज्या और सामान्य निष्क्रिय उपकरण आकार बहुत समान हैं, और उनका फाइबर युग्मन प्रदर्शन भी तुलनीय है। अच्छी वेवगाइड एचिंग के साथ, दोनों सामग्रियाँ का सम्मिलन हानि प्राप्त कर सकती हैं।<0.1 dB/सेमी. EPFL 5.6 dB/मी वेवगाइड हानि की रिपोर्ट करता है।
2इलेक्ट्रो-ऑप्टिक गुणांक:30.5 अपराह्न/वी बनाम 30.9 अपराह्न/वी
दोनों सामग्रियों की मॉडुलन दक्षता तुलनीय है, पॉकेल्स प्रभाव पर आधारित मॉडुलन के साथ, जो उच्च बैंडविड्थ की अनुमति देता है। वर्तमान में, LTOI मॉड्युलेटर 110 GHz से अधिक बैंडविड्थ के साथ 400G प्रति लेन प्रदर्शन प्राप्त करने में सक्षम हैं।
2ऊर्जा अंतराल:3.93 eV बनाम 3.78 eV
दोनों सामग्रियों में एक विस्तृत पारदर्शी खिड़की है, जो दृश्य से लेकर अवरक्त तरंगदैर्ध्य तक के अनुप्रयोगों का समर्थन करती है, तथा संचार बैंड में कोई अवशोषण नहीं होता है।
2द्वितीय-क्रम अरैखिक गुणांक (d33):21 बजे/वी बनाम 27 बजे/वी
यदि द्वितीय हार्मोनिक पीढ़ी (एसएचजी), अंतर-आवृत्ति पीढ़ी (डीएफजी), या योग-आवृत्ति पीढ़ी (एसएफजी) जैसे गैर-रैखिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है, तो दोनों सामग्रियों की रूपांतरण क्षमताएं काफी समान होनी चाहिए।
◆ एलटीओआई बनाम एलएनओआई का लागत लाभ
1वेफर तैयार करने की कम लागत
LNOI में परत पृथक्करण के लिए He आयन प्रत्यारोपण की आवश्यकता होती है, जिसकी आयनीकरण दक्षता कम होती है। इसके विपरीत, LTOI पृथक्करण के लिए SOI के समान H आयन प्रत्यारोपण का उपयोग करता है, जिसकी विसंयोजन दक्षता LNOI से 10 गुना अधिक होती है। इसके परिणामस्वरूप 6-इंच वेफर्स की कीमत में उल्लेखनीय अंतर आता है: $300 बनाम $2000, यानी 85% की लागत में कमी।
2उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स बाजार में ध्वनिक फिल्टर के लिए इसका पहले से ही व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है(750,000 यूनिट प्रतिवर्ष, सैमसंग, एप्पल, सोनी आदि द्वारा उपयोग किया जाता है)।
◆ एलटीओआई बनाम एलएनओआई के प्रदर्शन लाभ
1कम सामग्री दोष, कमज़ोर प्रकाश अपवर्तक प्रभाव, अधिक स्थिरता
शुरुआत में, LNOI मॉड्यूलेटर अक्सर बायस पॉइंट ड्रिफ्ट प्रदर्शित करते थे, जो मुख्यतः वेवगाइड इंटरफ़ेस में दोषों के कारण आवेश संचय के कारण होता था। अगर इनका उपचार न किया जाए, तो इन उपकरणों को स्थिर होने में एक दिन तक का समय लग सकता था। हालाँकि, इस समस्या के समाधान के लिए विभिन्न विधियाँ विकसित की गईं, जैसे कि मेटल ऑक्साइड क्लैडिंग, सब्सट्रेट पोलराइज़ेशन और एनीलिंग का उपयोग, जिससे अब यह समस्या काफी हद तक नियंत्रणीय हो गई है।
इसके विपरीत, LTOI में कम पदार्थ दोष होते हैं, जिससे बहाव की घटनाएँ काफ़ी कम हो जाती हैं। अतिरिक्त प्रसंस्करण के बिना भी, इसका संचालन बिंदु अपेक्षाकृत स्थिर रहता है। EPFL, हार्वर्ड और झेजियांग विश्वविद्यालय द्वारा भी इसी तरह के परिणाम प्रस्तुत किए गए हैं। हालाँकि, तुलना में अक्सर अनुपचारित LNOI मॉड्यूलेटर का उपयोग किया जाता है, जो पूरी तरह से उचित नहीं हो सकता है; प्रसंस्करण के साथ, दोनों पदार्थों का प्रदर्शन संभवतः समान होता है। मुख्य अंतर यह है कि LTOI के लिए कम अतिरिक्त प्रसंस्करण चरणों की आवश्यकता होती है।
2निम्न द्विअपवर्तन: 0.004 बनाम 0.07
लिथियम नाइओबेट (LNOI) का उच्च द्विअपवर्तन कई बार चुनौतीपूर्ण हो सकता है, खासकर जब वेवगाइड के मुड़ने से मोड युग्मन और मोड संकरण हो सकता है। पतले LNOI में, वेवगाइड में मुड़ने से TE प्रकाश आंशिक रूप से TM प्रकाश में परिवर्तित हो सकता है, जिससे फ़िल्टर जैसे कुछ निष्क्रिय उपकरणों का निर्माण जटिल हो जाता है।
एलटीओआई के साथ, कम द्विअपवर्तन इस समस्या को दूर करता है, जिससे उच्च-प्रदर्शन वाले निष्क्रिय उपकरणों का विकास संभव हो जाता है। ईपीएफएल ने भी उल्लेखनीय परिणाम प्रस्तुत किए हैं, जिसमें एलटीओआई के कम द्विअपवर्तन और मोड-क्रॉसिंग की अनुपस्थिति का लाभ उठाकर, विस्तृत स्पेक्ट्रम परास में समतल फैलाव नियंत्रण के साथ अति-विस्तृत स्पेक्ट्रम विद्युत-ऑप्टिक आवृत्ति कॉम्ब जनरेशन प्राप्त किया गया है। इसके परिणामस्वरूप 2000 से अधिक कॉम्ब लाइनों के साथ एक प्रभावशाली 450 एनएम कॉम्ब बैंडविड्थ प्राप्त हुई, जो लिथियम नियोबेट से प्राप्त की जा सकने वाली बैंडविड्थ से कई गुना अधिक है। केर ऑप्टिकल आवृत्ति कॉम्ब की तुलना में, विद्युत-ऑप्टिक कॉम्ब थ्रेशोल्ड-मुक्त और अधिक स्थिर होने का लाभ प्रदान करते हैं, हालाँकि उन्हें उच्च-शक्ति वाले माइक्रोवेव इनपुट की आवश्यकता होती है।
2उच्च ऑप्टिकल क्षति सीमा
एलटीओआई की ऑप्टिकल क्षति सीमा एलएनओआई की तुलना में दोगुनी है, जो अरैखिक अनुप्रयोगों (और संभावित रूप से भविष्य के सुसंगत पूर्ण अवशोषण (सीपीओ) अनुप्रयोगों) में लाभ प्रदान करती है। वर्तमान ऑप्टिकल मॉड्यूल पावर स्तरों से लिथियम नियोबेट को नुकसान पहुँचने की संभावना नहीं है।
2निम्न रमन प्रभाव
यह अरैखिक अनुप्रयोगों पर भी लागू होता है। लिथियम नाइओबेट में एक प्रबल रमन प्रभाव होता है, जो केर ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब अनुप्रयोगों में अवांछित रमन प्रकाश उत्पादन और प्रतिस्पर्धा को जन्म दे सकता है, जिससे x-कट लिथियम नाइओबेट ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब सॉलिटॉन अवस्था तक पहुँचने से रुक जाते हैं। LTOI के साथ, क्रिस्टल अभिविन्यास डिज़ाइन के माध्यम से रमन प्रभाव को दबाया जा सकता है, जिससे x-कट LTOI सॉलिटॉन ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब उत्पादन प्राप्त कर सकता है। यह उच्च-गति मॉड्यूलेटर के साथ सॉलिटॉन ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब के अखंड एकीकरण को सक्षम बनाता है, एक ऐसी उपलब्धि जो LNOI के साथ प्राप्त नहीं की जा सकती।
◆ पतली फिल्म लिथियम टैंटलेट (LTOI) का उल्लेख पहले क्यों नहीं किया गया?
लिथियम टैंटालेट का क्यूरी तापमान लिथियम नाइओबेट (610°C बनाम 1157°C) से कम होता है। हेटेरोइंटीग्रेशन तकनीक (XOI) के विकास से पहले, लिथियम नाइओबेट मॉड्यूलेटर टाइटेनियम डिफ्यूज़न का उपयोग करके बनाए जाते थे, जिसके लिए 1000°C से अधिक तापमान पर एनीलिंग की आवश्यकता होती है, जिससे LTOI अनुपयुक्त हो जाता है। हालाँकि, आजकल मॉड्यूलेटर निर्माण के लिए इंसुलेटर सबस्ट्रेट्स और वेवगाइड एचिंग के उपयोग की ओर रुझान के साथ, 610°C क्यूरी तापमान पर्याप्त से भी अधिक है।
◆ क्या थिन-फिल्म लिथियम टैंटलेट (LTOI) थिन-फिल्म लिथियम नियोबेट (TFLN) की जगह लेगा?
वर्तमान शोध के आधार पर, LTOI निष्क्रिय प्रदर्शन, स्थिरता और बड़े पैमाने पर उत्पादन लागत में बिना किसी स्पष्ट कमियों के लाभ प्रदान करता है। हालाँकि, LTOI मॉडुलन प्रदर्शन में लिथियम नाइओबेट से आगे नहीं निकल पाता है, और LNOI के साथ स्थिरता संबंधी समस्याओं के ज्ञात समाधान हैं। संचार DR मॉड्यूल के लिए, निष्क्रिय घटकों की न्यूनतम मांग है (और यदि आवश्यक हो तो सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग किया जा सकता है)। इसके अतिरिक्त, वेफर-स्तरीय नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं, विषम-एकीकरण तकनीकों और विश्वसनीयता परीक्षण (लिथियम नाइओबेट नक़्क़ाशी में कठिनाई वेवगाइड नहीं, बल्कि उच्च-उपज वेफर-स्तरीय नक़्क़ाशी प्राप्त करना था) को पुनः स्थापित करने के लिए नए निवेश की आवश्यकता है। इसलिए, लिथियम नाइओबेट की स्थापित स्थिति के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए, LTOI को और अधिक लाभ खोजने की आवश्यकता हो सकती है। हालाँकि, शैक्षणिक रूप से, LTOI एकीकृत ऑन-चिप प्रणालियों, जैसे ऑक्टेव-स्पैनिंग इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कॉम्ब्स, PPLT, सॉलिटॉन और AWG तरंगदैर्ध्य विभाजन उपकरण, और ऐरे मॉड्युलेटर, के लिए महत्वपूर्ण अनुसंधान क्षमता प्रदान करता है।
पोस्ट करने का समय: 8 नवंबर 2024