Lithium tantalaat in fotonische geïntegreerde circuits

Fotonische geïntegreerde circuits (PIC's) combineren verschillende optische apparaten en functionaliteiten op een enkele chip, waardoor optische communicatie en computersystemen aanzienlijk worden beïnvloed.Jarenlang leidden op siliconen gebaseerde foto's de industrie vanwege hun betaalbaarheid en compatibiliteit met bestaande halfgeleiderproductietechnologieën, ondanks hun beperkingen in de bandbreedte van elektro-optische modulatie.Ondanks deze beperkingen werden optische silicium-op-ontstekers optische transceiverchips met succes gecommercialiseerd, waardoor de informatie door talloze glasvezels in hedendaagse datacenters werd vergemakkelijkt.

De introductie van lithium niobaat-op-ontstekingswaferbestplatforms markeert een progressie in de ontwikkeling van fotonische geïntegreerde elektro-optische modulatoren, vanwege de robuuste pockelscoëfficiënt, cruciaal voor optische modulatie met hoge snelheid.De hoge kosten en complexe productie -eisen hebben echter de bredere acceptatie en commerciële integratie van lithiumniobaat beperkt.Lithium Tantalate, nauw verwant aan lithiumniobaat, presenteert potentiële oplossingen voor deze uitdagingen.Het deelt vergelijkbare elektro-optische eigenschappen met lithiumniobaat, maar biedt een betere schaalbaarheid en kostenefficiëntie, die al in 5G radiofrequentiefilters door de telecommunicatie-industrie wordt gebruikt.
Een nieuw PIC -platform gebaseerd op lithium tantalaat is ontwikkeld door onderzoekers onder leiding van professor Tobias J. Kippenberg aan EPFL en professor Xin OU aan het Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology.Dit platform maakt gebruik van de inherente voordelen van het materiaal om hoogwaardige foto's economisch haalbaarder te maken.

Het team bedacht een wafel-bindende techniek die compatibel is met silicium-op-ontstekingsproductielijnen.They covered the thin-film lithium tantalate wafer with diamond-like carbon and etched optical waveguides, modulators, and ultra-high quality factor microresonators using a combination of deep ultraviolet photolithography and dry-etching techniques, initially developed for lithium niobate and later adapted forHet hardere en meer inert lithium tantalaat.Deze benadering resulteerde in het creëren van efficiënte lithium -tantalaatfoto's met een optisch verliessnelheid van slechts 5,6 dB/m bij telecomgolflengte.Het omvatte ook een elektro-optische Mach-Zehnder-modulator, die in staat is om een elektro-optische bandbreedte van 40 GHz te bereiken en met een halfgolfspanningslengte product van 1,9 V cm.

Het onderzoek leverde ook soliton-microcombs op dit platform op en bood tal van coherente frequenties in combinatie met elektro-optische modulatiemogelijkheden, geschikt voor toepassingen zoals parallelle coherente lidar en fotonisch computergebruik.De verminderde dubbelbreking in lithium-tantalaatfoto's vergemakkelijkt dichte circuitconfiguraties en brede operationele mogelijkheden in alle telecommunicatiebanden, wat leidt tot schaalbare, kosteneffectieve productie van geavanceerde elektro-optische foto's.