Tantalato di litio nei circuiti integrati fotonici

I circuiti integrati fotonici (PIC) combinano vari dispositivi e funzionalità ottiche su un singolo chip, che colpiscono significativamente i sistemi di comunicazioni ottiche e di elaborazione.Per anni, le foto con sede in silicio hanno guidato l'industria a causa della loro convenienza e compatibilità con le tecnologie di produzione di semiconduttori esistenti, nonostante i loro limiti nella larghezza di banda della modulazione elettro-ottica.Nonostante questi limiti, i chip del ricetrasmettitore ottico al silicio su insulatore sono stati commercializzati con successo, facilitando il flusso di informazioni attraverso numerose fibre di vetro nei data center contemporanei.

L'introduzione di piattaforme di wafer di niobate-on-insulatore di litio segna una progressione nello sviluppo di modulatori elettro-ottici integrati fotonici, a causa del suo robusto coefficiente di tacchetti, cruciale per la modulazione ottica ad alta velocità.Tuttavia, gli alti costi e i requisiti di produzione complessi hanno limitato la più ampia adozione e l'integrazione commerciale del niobate di litio.Il litio tantalato, strettamente correlato al niobate di litio, presenta potenziali soluzioni a queste sfide.Condivide proprietà elettro-ottiche simili con niobate di litio ma offre una migliore scalabilità ed efficienza in termini di costi, già impiegati in filtri di radiofrequenza 5G dal settore delle telecomunicazioni.
Una nuova piattaforma PIC basata sul tantalato al litio è stata sviluppata da ricercatori guidati dal professor Tobias J. Kippenberg presso l'EPFL e dal professor Xin OU presso l'Istituto di Microsystem e tecnologia dell'informazione di Shanghai.Questa piattaforma utilizza i vantaggi intrinseci del materiale per rendere le foto di alta qualità più economicamente fattibili.

Il team ha ideato una tecnica di legame wafer compatibile con le linee di produzione di silicio su isolatore.Hanno coperto il wafer tantalato al litio a film sottile con carbonio a forma di diamante e guide d'onda ottiche incise, modulatori e microresonatori a fattori ultra-alta che utilizzano una combinazione di fotolitografia a ultravioletti profonde e tecniche di insinuazione a secco, inizialmente sviluppate per il niobato di litio e successivaIl tantalato di litio più duro e più inerte.Questo approccio ha comportato la creazione di efficienti foto di tantalato al litio con un tasso di perdita ottica di soli 5,6 dB/m a lunghezza d'onda delle telecomunicazioni.Comprendeva anche un modulatore MACH-zehnder elettrico elettro-ottico, in grado di raggiungere una larghezza di banda elettro-ottica di 40 GHz e con un prodotto a mezza onda di lunghezza di 1,9 V cm.

La ricerca ha anche prodotto microcombe soliton su questa piattaforma, fornendo numerose frequenze coerenti combinate con capacità di modulazione elettro-ottica, adatte a applicazioni come lidar coerente parallelo e calcolo fotonico.La ridotta birifrangenza nelle foto del tantalato al litio facilita configurazioni di circuiti densi e ampie capacità operative in tutte le bande di telecomunicazione, portando a una produzione scalabile ed economica di foto elettro-ottiche avanzate.