Новият лидер във фотониката: литиевият танталат е ключът към оптичните вериги от следващо поколение

Уникалните свойства на този материал могат да доведат до технологичен пробив.

Нова технология за фотонни интегрални схеми на базата на литиев танталат обещава значително подобряване на цената и мащабируемостта. Това е важна стъпка в развитието на оптичните комуникации и компютри.

Силициевите фотонни интегрални схеми (PIC) доминират от десетилетия поради своята рентабилност и интеграция със съществуващите технологии за производство на полупроводници. Въпреки това, тяхната ограничена честотна лента за електрооптична модулация се превърна в сериозен недостатък.

Неотдавна на сцената се появиха платформи, базирани на литиев ниобат, които предлагат по-добра алтернатива поради високия си коефициент на Покелс, който е от решаващо значение за високоскоростната оптична модулация. Но високата цена и сложността на производството ограничиха търговското им приложение.

В този контекст се появява литиевият танталат (LiTaO3), материал с подобни на литиевия ниобат електрооптични свойства, но с по-добри мащабируемост и цена. Широко използван в 5G радиочестотните филтри, сега литиевият танталат се превръща в основа за фотонните интегрални схеми от следващо поколение.

Професор Тобиас Кипенберг от Швейцарското висше технологично училище в Лозана и професор Син Оу от Шанхайския институт за микросистеми и информационни технологии са разработили нова платформа за PIC на базата на литиев танталат. Материалът е публикуван в Nature .

Изследователите са разработили метод за свързване на субстрата, съвместим с линиите за производство на силиций върху изолатор. След това са използвали дълбока ултравиолетова фотолитография и техники за сухо ецване, за да създадат свръхвисококачествени оптични вълноводи, модулатори и микрорезонатори.

Екипът успява да изработи високоефективни фотонни схеми върху литиев танталат със загуби от 5,6 dB/m при телекомуникационна дължина на вълната. Особено внимание заслужава електрооптичният модулатор на Мах-Цендер с напрежение на полупериода от само 1,9 V на сантиметър и честотна лента от 40 GHz.

Освен това на базата на тази платформа е разработен солитонен микропроцесор, който в комбинация с възможностите за електрооптична модулация е идеален за приложения като паралелен кохерентен LiDAR и фотонни изчисления.

Ниската двойна рефракция на литиевия танталат позволява създаването на плътни вериги и осигурява широк спектър от работни възможности във всички телекомуникационни ленти, отваряйки вратата за мащабируемо и рентабилно производство на авангардни електрооптични фотонни интегрални схеми.