Lityum tantalat bazlı yeni fotonik entegre devre teknolojisi, maliyet verimliliğini ve ölçeklenebilirliği artırarak optik iletişim ve bilgi işlem alanında önemli ilerlemeler sağlıyor.
Çoklu optik cihazları ve işlevleri tek bir çip üzerinde birleştiren fotonik entegre devrelerdeki (PIC’ler) hızlı ilerleme, optik iletişim ve bilgi işlem sistemlerinde devrim yarattı.
Onlarca yıldır, silikon bazlı PIC’ler, elektro-optik modülasyon bant genişlikleriyle ilgili sınırlamalarına rağmen, maliyet etkinlikleri ve mevcut yarı iletken üretim teknolojileriyle entegrasyonları nedeniyle bu alana hakim oldu. Bununla birlikte, yalıtkan üzerinde silikon optik alıcı-verici çipleri, modern veri merkezlerinde milyonlarca cam elyafı üzerinden bilgi trafiğini yönlendirerek başarıyla ticarileştirildi.
Gelişen Lityum Niobat Platformları
Son zamanlarda, yalıtkan üzerinde lityum niyobat levha platformu, yüksek hızlı optik modülasyon için gerekli olan güçlü Pockels katsayısı nedeniyle fotonik entegre elektro-optik modülatörler için üstün bir malzeme olarak ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, yüksek maliyetler ve karmaşık üretim gereksinimleri, lityum niyobatın daha geniş çapta benimsenmesini engelleyerek ticari entegrasyonunu sınırladı.
Lityum tantalat (LiTaO3Lityum niyobatın yakın akrabası olan , bu engellerin üstesinden gelmeyi vaat ediyor. Benzer mükemmel elektro-optik niteliklere sahiptir ancak telekom endüstrileri tarafından 5G radyofrekans filtrelerinde halihazırda yaygın olarak kullanıldığı için ölçeklenebilirlik ve maliyet açısından lityum niyobata göre bir avantaja sahiptir.
Şimdi EPFL’den Profesör Tobias J. Kippenberg ve Şanghay Mikrosistem ve Bilgi Teknolojileri Enstitüsü’nden (SIMIT) Profesör Xin Ou liderliğindeki bilim insanları, lityum tantalat bazlı yeni bir PIC platformu oluşturdular. PIC, malzemenin doğal avantajlarından yararlanır ve yüksek kaliteli PIC’leri ekonomik açıdan daha uygun hale getirerek alanı dönüştürebilir. Buluş 8 Mayıs’ta yayınlandı.
İmalatta Teknolojik Yenilikler
Araştırmacılar, lityum tantalat için yalıtkan silikon üretim hatlarıyla uyumlu bir levha bağlama yöntemi geliştirdiler. Daha sonra ince film lityum tantalat levhayı elmas benzeri karbonla maskelediler ve optik dalga kılavuzlarını, modülatörleri ve ultra yüksek kaliteli faktör mikrorezonatörleri aşındırmaya başladılar.
Aşındırma işlemi, başlangıçta lityum niyobat için geliştirilen ve daha sonra daha sert ve daha inert lityum tantalatı aşındırmak için dikkatlice uyarlanan derin ultraviyole (DUV) fotolitografi ve kuru aşındırma tekniklerinin birleştirilmesiyle gerçekleştirildi. Bu uyarlama, fotonik devrelerde yüksek performans elde etmede çok önemli bir faktör olan optik kayıpları en aza indirecek şekilde aşındırma parametrelerinin optimize edilmesini içeriyordu.
Başarılar ve Gelecek Beklentiler
Bu yaklaşımla ekip, telekom dalga boyunda yalnızca 5,6 dB/m optik kayıp oranına sahip yüksek verimli lityum tantalat PIC’ler üretmeyi başardı. Bir diğer öne çıkan özellik ise günümüzün yüksek hızlı fiber optik iletişiminde yaygın olarak kullanılan bir cihaz olan elektro-optik Mach-Zehnder modülatörüdür (MZM). Lityum tantalat MZM, 1,9 V cm’lik yarım dalga voltaj uzunluğunda bir ürün ve 40 GHz’e ulaşan elektro-optik bant genişliği sunar.
Çalışmanın ilk yazarı Chengli Wang, “Yüksek verimli elektro-optik performansı korurken aynı zamanda bu platformda soliton mikro petek de ürettik” diyor. “Bu soliton mikro petekler çok sayıda tutarlı frekansa sahiptir ve elektro-optik modülasyon yetenekleriyle birleştirildiğinde paralel uyumlu LiDAR ve fotonik hesaplama gibi uygulamalar için özellikle uygundur.”
Lityum tantalat PIC’nin azaltılmış çift kırılması (kırılma endeksinin ışık polarizasyonuna ve yayılma yönüne bağımlılığı), yoğun devre konfigürasyonlarına izin verir ve tüm telekomünikasyon bantlarında geniş operasyonel yetenekler sağlar. Çalışma, gelişmiş elektro-optik PIC’lerin ölçeklenebilir, uygun maliyetli üretiminin yolunu açıyor.
Referans: Chengli Wang, Zihan Li, Johann Riemensberger, Grigory Lihachev, Mikhail Churaev, Wil Kao, Xinru Ji, Junyin Zhang, Terence Blesin, Alisa Davydova, Yang Chen, Kai Huang, Xi tarafından yazılan “Hacim üretimi için lityum tantalat fotonik entegre devreler” Wang, Xin Ou ve Tobias J. Kippenberg, 8 Mayıs 2024, Doğa.
0 Yorumlar