ហ្វីលលីចូម តង់តាឡេត (LTOI)៖ សម្ភារៈតារាបន្ទាប់សម្រាប់ម៉ូឌុលល្បឿនខ្ពស់?

វត្ថុធាតុលីចូម តង់តាឡេត (LTOI) ខ្សែភាពយន្តស្តើងកំពុងលេចចេញជាកម្លាំងថ្មីដ៏សំខាន់នៅក្នុងវិស័យអុបទិករួមបញ្ចូលគ្នា។ នៅឆ្នាំនេះ ការងារកម្រិតខ្ពស់មួយចំនួនលើឧបករណ៍បំលែង LTOI ត្រូវបានបោះពុម្ពដោយ wafers LTOI ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ដែលផ្តល់ដោយសាស្រ្តាចារ្យ Xin Ou មកពីវិទ្យាស្ថាន Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology និងដំណើរការកាត់រលកដែលមានគុណភាពខ្ពស់ដែលបង្កើតឡើងដោយក្រុមសាស្ត្រាចារ្យ Kippenberg នៅ EPFL , ប្រទេសស្វីស។ កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងរួមគ្នារបស់ពួកគេបានបង្ហាញលទ្ធផលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍។ លើសពីនេះទៀត ក្រុមស្រាវជ្រាវមកពីសាកលវិទ្យាល័យ Zhejiang ដឹកនាំដោយសាស្ត្រាចារ្យ Liu Liu និងសាកលវិទ្យាល័យ Harvard ដឹកនាំដោយសាស្ត្រាចារ្យ Loncar ក៏បានរាយការណ៍អំពីម៉ូឌុល LTOI ដែលមានល្បឿនលឿន និងមានស្ថេរភាពខ្ពស់។

ក្នុងនាមជាសាច់ញាតិជិតស្និទ្ធនៃខ្សែភាពយន្តស្តើងលីចូម niobate (LNOI) LTOI រក្សានូវម៉ូឌុលល្បឿនខ្ពស់ និងលក្ខណៈការបាត់បង់ទាបនៃលីចូម niobate ខណៈពេលដែលផ្តល់នូវគុណសម្បត្តិដូចជាតម្លៃទាប ការប្រើប្រាស់ពន្លឺទាប និងកាត់បន្ថយផលប៉ះពាល់នៃការឆ្លុះបញ្ចាំងពន្លឺ។ ការប្រៀបធៀបលក្ខណៈសំខាន់នៃសម្ភារៈទាំងពីរត្រូវបានបង្ហាញខាងក្រោម។

微信图片_20241106164015

◆ ភាពស្រដៀងគ្នារវាង Lithium Tantalate (LTOI) និង Lithium Niobate (LNOI)
សន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ៖2.12 ទល់នឹង 2.21
នេះបង្កប់ន័យថា វិមាត្រមគ្គុទ្ទេសក៍រលករបៀបតែមួយ កាំពត់កោង និងទំហំឧបករណ៍អកម្មទូទៅដែលផ្អែកលើវត្ថុធាតុទាំងពីរគឺស្រដៀងគ្នាខ្លាំងណាស់ ហើយការអនុវត្តការភ្ជាប់សរសៃរបស់ពួកវាក៏អាចប្រៀបធៀបបានផងដែរ។ ជាមួយនឹងការឆ្លាក់មគ្គុទ្ទេសក៍រលកល្អ សម្ភារៈទាំងពីរអាចទទួលបានការបាត់បង់ការបញ្ចូល<0.1 dB/cm ។ EPFL រាយការណ៍ពីការបាត់បង់រលកសញ្ញា 5.6 dB/m ។

មេគុណអេឡិចត្រូអុបទិក៖30.5pm/V vs 30.9pm/V
ប្រសិទ្ធភាពនៃម៉ូឌុលគឺអាចប្រៀបធៀបបានសម្រាប់សម្ភារៈទាំងពីរ ដោយម៉ូឌុលផ្អែកលើឥទ្ធិពល Pockels ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានកម្រិតបញ្ជូនខ្ពស់។ បច្ចុប្បន្ននេះ ម៉ូឌុល LTOI មានសមត្ថភាពសម្រេចបាន 400G ក្នុងមួយផ្លូវដំណើរការ ជាមួយនឹងកម្រិតបញ្ជូនលើសពី 110 GHz ។

微信图片_20241106164942
微信图片_20241106165200

Bandgap៖3.93 eV ទល់នឹង 3.78 eV
សមា្ភារៈទាំងពីរមានបង្អួចថ្លាធំទូលាយ គាំទ្រកម្មវិធីពីចម្ងាយដែលអាចមើលឃើញដល់រលកអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ ដោយគ្មានការស្រូបចូលក្នុងក្រុមទំនាក់ទំនង។

មេគុណមិនលីនេអ៊ែរលំដាប់ទីពីរ (d33)៖21pm/V vs 27pm/V
ប្រសិនបើប្រើសម្រាប់កម្មវិធីដែលមិនមែនជាលីនេអ៊ែរ ដូចជាការបង្កើតអាម៉ូនិកទីពីរ (SHG) ការបង្កើតប្រេកង់ខុសគ្នា (DFG) ឬការបង្កើតប្រេកង់សរុប (SFG) នោះ ប្រសិទ្ធភាពនៃការបំប្លែងនៃវត្ថុធាតុទាំងពីរគួរតែស្រដៀងគ្នា។

◆ អត្ថប្រយោជន៍នៃតម្លៃ LTOI ទល់នឹង LNOI
តម្លៃរៀបចំ Wafer ទាប
LNOI តម្រូវឱ្យមានការផ្សាំ He ion សម្រាប់ការបំបែកស្រទាប់ ដែលមានប្រសិទ្ធភាពអ៊ីយ៉ូដទាប។ ផ្ទុយទៅវិញ LTOI ប្រើការផ្សាំ H ion សម្រាប់ការបំបែក ស្រដៀងទៅនឹង SOI ជាមួយនឹងប្រសិទ្ធភាព delamination ខ្ពស់ជាង LNOI 10 ដង។ នេះបណ្តាលឱ្យមានភាពខុសគ្នាតម្លៃគួរឱ្យកត់សម្គាល់សម្រាប់ wafers 6 អ៊ីញ: 300 ដុល្លារធៀបនឹង 2000 ដុល្លារ ការកាត់បន្ថយការចំណាយ 85% ។

微信图片_20241106165545

វាត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងទីផ្សារឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកសម្រាប់តម្រងសូរស័ព្ទ(750,000 គ្រឿងក្នុងមួយឆ្នាំ ប្រើដោយ Samsung, Apple, Sony ។ល។)

微信图片_20241106165539

◆ គុណសម្បត្តិនៃការអនុវត្តរបស់ LTOI ទល់នឹង LNOI
ពិការភាពសម្ភារៈតិច ឥទ្ធិពល Photorefractive ខ្សោយជាង ស្ថេរភាពកាន់តែច្រើន
ដំបូង ម៉ូឌុល LNOI ជាញឹកញាប់បង្ហាញចំណុចលំអៀងរសាត់ ជាចម្បងដោយសារតែការប្រមូលផ្តុំបន្ទុកដែលបណ្តាលមកពីពិការភាពនៅចំណុចប្រទាក់ waveguide ។ ប្រសិនបើមិនបានព្យាបាលទេ ឧបករណ៍ទាំងនេះអាចចំណាយពេលរហូតដល់មួយថ្ងៃដើម្បីរក្សាលំនឹង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ វិធីសាស្រ្តផ្សេងៗត្រូវបានបង្កើតឡើងដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហានេះ ដូចជាការប្រើប្រាស់ការបិទភ្ជាប់អុកស៊ីដដែក ការដាក់ស្រទាប់ខាងក្រោម និងការស្រោប ដែលធ្វើឱ្យបញ្ហានេះអាចគ្រប់គ្រងបានយ៉ាងទូលំទូលាយនៅពេលនេះ។
ផ្ទុយទៅវិញ LTOI មានពិការភាពសម្ភារៈតិចជាងមុន ដែលនាំឱ្យមានការថយចុះយ៉ាងខ្លាំងនៃបាតុភូតរសាត់។ ទោះបីជាមិនមានដំណើរការបន្ថែមក៏ដោយ ចំណុចប្រតិបត្តិការរបស់វានៅតែមានស្ថេរភាព។ លទ្ធផលស្រដៀងគ្នានេះត្រូវបានរាយការណ៍ដោយ EPFL, Harvard និងសាកលវិទ្យាល័យ Zhejiang ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ការប្រៀបធៀបជាញឹកញាប់ប្រើម៉ូឌុល LNOI ដែលមិនបានព្យាបាល ដែលប្រហែលជាមិនយុត្តិធម៌ទាំងស្រុង។ ជាមួយនឹងដំណើរការ ដំណើរការនៃសម្ភារៈទាំងពីរទំនងជាស្រដៀងគ្នា។ ភាពខុសគ្នាសំខាន់ស្ថិតនៅក្នុង LTOI ដែលទាមទារជំហានដំណើរការបន្ថែមតិចជាងមុន។

微信图片_20241106165708

កម្រិត Birefringence ទាប៖ 0.004 ទល់នឹង 0.07
ភាពច្របូកច្របល់ខ្ពស់នៃ lithium niobate (LNOI) អាចជាបញ្ហាប្រឈមនៅពេលខ្លះ ជាពិសេសដោយសារការពត់កោងរបស់ waveguide អាចបណ្តាលឱ្យមាន mode coupling និង mode hybridization ។ នៅក្នុង LNOI ស្តើង ពត់នៅក្នុង waveguide អាចបំប្លែងពន្លឺ TE ទៅជាពន្លឺ TM ដែលធ្វើអោយស្មុគស្មាញដល់ការផលិតឧបករណ៍អកម្មមួយចំនួន ដូចជាតម្រងជាដើម។
ជាមួយនឹង LTOI កម្រិត birefringence ទាបនឹងលុបបំបាត់បញ្ហានេះ ដែលអាចធ្វើឱ្យវាកាន់តែងាយស្រួលក្នុងការអភិវឌ្ឍឧបករណ៍អកម្មដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។ EPFL ក៏បានរាយការណ៍ពីលទ្ធផលគួរឱ្យកត់សម្គាល់ផងដែរ ដោយប្រើប្រាស់នូវកម្រិត birefringence ទាបរបស់ LTOI និងអវត្តមាននៃ mode-crossing ដើម្បីសម្រេចបាននូវ ultra-wide-wide-spectrum electro-optic frequency comb with flat dispersion control across the wide spectral range។ នេះបណ្តាលឱ្យមានកម្រិតបញ្ជូនសិតសក់ 450 nm គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ជាមួយនឹងខ្សែសិតសក់ជាង 2000 ដង ដែលមានទំហំធំជាងអ្វីដែលអាចសម្រេចបានជាមួយលីចូម niobate ច្រើនដង។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹង combs ប្រេកង់អុបទិក Kerr, combs electro-optic ផ្តល់នូវអត្ថប្រយោជន៍នៃការមិនមានកម្រិត និងស្ថេរភាពជាងនេះ ទោះបីជាពួកគេត្រូវការការបញ្ចូលមីក្រូវ៉េវដែលមានថាមពលខ្ពស់ក៏ដោយ។

微信图片_20241106165804
微信图片_20241106165823

កម្រិតការខូចខាតអុបទិកខ្ពស់ជាង
កម្រិតនៃការខូចខាតអុបទិកនៃ LTOI គឺពីរដងនៃ LNOI ដោយផ្តល់នូវអត្ថប្រយោជន៍នៅក្នុងកម្មវិធីដែលមិនមែនជាលីនេអ៊ែរ (និងអនាគតដ៏មានសក្តានុពលនៃកម្មវិធី Coherent Perfect Absorption (CPO)) ។ កម្រិតថាមពលរបស់ម៉ូឌុលអុបទិកបច្ចុប្បន្នទំនងជាមិនធ្វើឱ្យខូច lithium niobate ទេ។
ឥទ្ធិពលរ៉ាម៉ានទាប
នេះក៏ទាក់ទងនឹងកម្មវិធីដែលមិនមែនជាលីនេអ៊ែរផងដែរ។ Lithium niobate មានឥទ្ធិពល Raman ខ្លាំង ដែលនៅក្នុងកម្មវិធី Kerr optical frequency comb អាចនាំឱ្យមានការបង្កើតពន្លឺ Raman ដែលមិនចង់បាន និងទទួលបានការប្រកួតប្រជែង ការពារ x-cut lithium niobate optical combs ពីការឈានដល់ស្ថានភាព soliton ។ ជាមួយនឹង LTOI ឥទ្ធិពល Raman អាចត្រូវបានបង្ក្រាបតាមរយៈការរចនាតម្រង់ទិសគ្រីស្តាល់ ដែលអនុញ្ញាតឱ្យ x-cut LTOI សម្រេចបាននូវការបង្កើតប្រេកង់អុបទិក soliton ។ នេះអនុញ្ញាតឱ្យការរួមបញ្ចូល monolithic នៃប្រេកង់អុបទិក soliton combs ជាមួយនឹងម៉ូឌុលល្បឿនខ្ពស់ដែលជាមុខងារមិនអាចសម្រេចបានជាមួយ LNOI ។
◆ ហេតុអ្វីបានជាខ្សែភាពយន្តស្តើង Lithium Tantalate (LTOI) មិនត្រូវបានលើកឡើងពីមុន?
Lithium tantalate មានសីតុណ្ហភាព Curie ទាបជាង lithium niobate (610°C ទល់នឹង 1157°C)។ មុនពេលការអភិវឌ្ឍនៃបច្ចេកវិទ្យា heterointegration (XOI) ម៉ូឌុលលីចូម niobate ត្រូវបានផលិតដោយប្រើការសាយភាយទីតានីញ៉ូម ដែលតម្រូវឱ្យមានការបន្ទោរបង់នៅសីតុណ្ហភាពលើសពី 1000°C ដែលធ្វើឱ្យ LTOI មិនសមស្រប។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយជាមួយនឹងការផ្លាស់ប្តូរនាពេលបច្ចុប្បន្ននេះឆ្ពោះទៅរកការប្រើប្រាស់ស្រទាប់ខាងក្រោមអ៊ីសូឡង់ និងការគូសរលកសម្រាប់ការបង្កើតម៉ូឌុល សីតុណ្ហភាព 610 ° C Curie គឺច្រើនជាងគ្រប់គ្រាន់។
◆ តើខ្សែភាពយន្តប្រភេទ Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) អាចជំនួសខ្សែភាពយន្ត Lithium Niobate (TFLN) បានទេ?
ដោយផ្អែកលើការស្រាវជ្រាវបច្ចុប្បន្ន LTOI ផ្តល់នូវគុណសម្បត្តិក្នុងការអនុវត្តអកម្ម ស្ថេរភាព និងតម្លៃផលិតកម្មទ្រង់ទ្រាយធំ ដោយគ្មានគុណវិបត្តិជាក់ស្តែង។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ LTOI មិនលើស lithium niobate ក្នុងការអនុវត្តម៉ូឌុលទេ ហើយបញ្ហាស្ថេរភាពជាមួយ LNOI បានដឹងដំណោះស្រាយ។ សម្រាប់ការទំនាក់ទំនងម៉ូឌុល DR មានតម្រូវការតិចតួចបំផុតសម្រាប់សមាសធាតុអកម្ម (ហើយស៊ីលីកុននីត្រាតអាចត្រូវបានប្រើប្រសិនបើចាំបាច់) ។ លើសពីនេះទៀត ការវិនិយោគថ្មីគឺត្រូវបានទាមទារដើម្បីបង្កើតឡើងវិញនូវដំណើរការ etching កម្រិត wafer បច្ចេកទេស heterointegration និងការធ្វើតេស្តភាពជឿជាក់ (ការលំបាកជាមួយ lithium niobate etching មិនមែនជា waveguide ទេ ប៉ុន្តែការសម្រេចបាននូវទិន្នផលខ្ពស់ wafer-level etching)។ ដូច្នេះ ដើម្បីប្រកួតប្រជែងជាមួយនឹងទីតាំងដែលបានបង្កើតឡើងរបស់លីចូម niobate LTOI ប្រហែលជាត្រូវស្វែងរកអត្ថប្រយោជន៍បន្ថែមទៀត។ ទោះយ៉ាងណាតាមការសិក្សា LTOI ផ្តល់នូវសក្តានុពលស្រាវជ្រាវដ៏សំខាន់សម្រាប់ប្រព័ន្ធនៅលើបន្ទះឈីបរួមបញ្ចូលគ្នា ដូចជា octave-spanning electro-optic combs, PPLT, soliton និង AWG wavelength division devices និង array modulators។


ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ០៨-វិច្ឆិកា-២០២៤