Новый лидер в фотонике: танталат лития - ключ к оптическим схемам нового поколения

Новая технология фотонных интегрированных схем, созданная на основе танталата лития, обещает значительные улучшения в стоимости и масштабируемости, что является важным шагом в развитии оптической связи и вычислительной техники.

Десятилетиями доминировали кремниевые фотонные интегрированные схемы (PIC), благодаря их экономичности и интеграции с существующими технологиями производства полупроводников. Однако их ограниченная полоса пропускания электрооптической модуляции стала серьёзным недостатком.

Недавно на сцену вышли платформы на основе ниобата лития, которые благодаря высокому коэффициенту Поккельса, критически важному для высокоскоростной оптической модуляции, предложили превосходную альтернативу. Но высокая стоимость и сложности производства ограничивали их коммерческое применение.

В этот контекст вступает танталат лития (LiTaO3) — материал, обладающий схожими электрооптическими качествами с ниобатом лития, но превосходящий его по масштабируемости и стоимости. Широко используемый в радиочастотных фильтрах 5G, танталат лития теперь становится основой для фотонных интегрированных схем нового поколения.

Профессор Тобиас Киппенберг из Швейцарской высшей технической школы Лозанны и профессор Синь Оу из Шанхайского института микросистем и информационных технологий разработали новую платформу PIC на основе танталата лития, опубликованную в журнале Nature .

Исследователи разработали метод склеивания подложек, совместимый с линиями производства на основе кремния на изоляторе. Затем они использовали методы глубокого ультрафиолетового фотолитографического процесса и сухого травления для создания оптических волноводов, модуляторов и микрорезонаторов с ультравысоким качеством.

Команда смогла изготовить высокоэффективные фотонные схемы на танталате лития с потерями всего 5,6 дБ/м на телекоммуникационной длине волны. Особенно отметили электрооптический модулятор Маха-Цендера, обладающий полупериодным напряжением всего 1,9 В на сантиметр и шириной полосы 40 ГГц.

Кроме того, на этой платформе был создан солитонный микрогребень, который, в сочетании с возможностями электрооптической модуляции, идеально подходит для таких приложений, как параллельный когерентный LiDAR и фотонные вычисления.

Низкая двойная лучепреломление танталата лития позволяет создавать плотные схемы и обеспечивает широкий спектр операционных возможностей на всех телекоммуникационных диапазонах, открывая двери к масштабируемому и экономичному производству передовых электрооптических фотонных интегрированных схем.