پتلی فلم لیتھیم ٹینٹلیٹ (LTOI) مواد مربوط آپٹکس فیلڈ میں ایک اہم نئی قوت کے طور پر ابھر رہا ہے۔ اس سال، LTOI ماڈیولٹرز پر کئی اعلیٰ سطحی کام شائع کیے گئے ہیں، جن میں شنگھائی انسٹی ٹیوٹ آف مائیکرو سسٹم اینڈ انفارمیشن ٹیکنالوجی کے پروفیسر ژین او کے ذریعے فراہم کردہ اعلیٰ معیار کے LTOI ویفرز، اور EPFL میں پروفیسر کپن برگ کے گروپ کے ذریعے تیار کردہ اعلیٰ معیار کے ویو گائیڈ ایچنگ کے عمل شامل ہیں۔ ، سوئٹزرلینڈ۔ ان کی مشترکہ کوششوں نے متاثر کن نتائج دکھائے ہیں۔ مزید برآں، پروفیسر لیو لیو کی قیادت میں Zhejiang یونیورسٹی اور پروفیسر Loncar کی قیادت میں ہارورڈ یونیورسٹی کی تحقیقی ٹیموں نے بھی تیز رفتار، اعلی استحکام LTOI ماڈیولرز کے بارے میں رپورٹ کیا ہے۔
پتلی فلم لیتھیم نائوبیٹ (LNOI) کے قریبی رشتہ دار کے طور پر، LTOI تیز رفتار ماڈیولیشن اور لتیم نیبیٹ کی کم نقصان کی خصوصیات کو برقرار رکھتا ہے جبکہ کم قیمت، کم بائرفرنجنس، اور کم فوٹو ریفریکٹیو اثرات جیسے فوائد بھی پیش کرتا ہے۔ دونوں مواد کی اہم خصوصیات کا موازنہ ذیل میں پیش کیا گیا ہے۔
◆ Lithium Tantalate (LTOI) اور Lithium Niobate (LNOI) کے درمیان مماثلتیں
①ریفریکٹیو انڈیکس:2.12 بمقابلہ 2.21
اس کا مطلب یہ ہے کہ سنگل موڈ ویو گائیڈ کے طول و عرض، موڑنے کا رداس، اور دونوں مواد پر مبنی عام غیر فعال ڈیوائس کے سائز بہت ملتے جلتے ہیں، اور ان کی فائبر کپلنگ کی کارکردگی بھی موازنہ ہے۔ اچھی ویو گائیڈ اینچنگ کے ساتھ، دونوں مواد اندراج کے نقصان کو حاصل کرسکتے ہیں۔<0.1 dB/cm EPFL 5.6 dB/m کے ویو گائیڈ نقصان کی اطلاع دیتا ہے۔
②الیکٹرو آپٹک گتانک:30.5 pm/V بمقابلہ 30.9 pm/V
ماڈیول کی کارکردگی دونوں مواد کے لیے موازنہ ہے، Pockels اثر پر مبنی ماڈیولیشن کے ساتھ، اعلی بینڈوتھ کی اجازت دیتا ہے۔ فی الحال، LTOI ماڈیولیٹر 400G فی لین کارکردگی حاصل کرنے کے قابل ہیں، جس کی بینڈوتھ 110 GHz سے زیادہ ہے۔
③بینڈ گیپ:3.93 eV بمقابلہ 3.78 eV
دونوں مواد میں ایک وسیع شفاف کھڑکی ہے، جو کہ مرئی سے لے کر انفراریڈ طول موج تک ایپلی کیشنز کو سپورٹ کرتی ہے، جس میں کمیونیکیشن بینڈز میں کوئی جذب نہیں ہوتا ہے۔
④سیکنڈ آرڈر نان لائنر گتانک (d33):21 pm/V بمقابلہ 27 pm/V
اگر دوسری ہارمونک جنریشن (SHG)، فرق فریکوئنسی جنریشن (DFG)، یا sum-frequency generation (SFG) جیسی نان لائنر ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، تو دونوں مواد کی تبادلوں کی افادیت کافی مماثل ہونی چاہیے۔
◆ LTOI بمقابلہ LNOI کی لاگت کا فائدہ
①ویفر کی تیاری کی کم لاگت
LNOI کو پرت کی علیحدگی کے لیے He ion امپلانٹیشن کی ضرورت ہوتی ہے، جس میں کم آئنائزیشن کی کارکردگی ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، LTOI علیحدگی کے لیے H ion امپلانٹیشن کا استعمال کرتا ہے، SOI کی طرح، LNOI سے 10 گنا زیادہ ڈیلامینیشن کارکردگی کے ساتھ۔ اس کے نتیجے میں 6 انچ ویفرز کی قیمت میں نمایاں فرق ہوتا ہے: $300 بمقابلہ $2000، قیمت میں 85% کمی۔
②یہ پہلے سے ہی صوتی فلٹرز کے لیے کنزیومر الیکٹرانکس مارکیٹ میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔(750,000 یونٹس سالانہ، سام سنگ، ایپل، سونی وغیرہ کے ذریعے استعمال کیا جاتا ہے)۔
◆ LTOI بمقابلہ LNOI کے کارکردگی کے فوائد
①کم مادی نقائص، کمزور فوٹو ریفریکٹیو اثر، زیادہ استحکام
ابتدائی طور پر، LNOI ماڈیولرز اکثر تعصب نقطہ بڑھے کی نمائش کرتے تھے، بنیادی طور پر ویو گائیڈ انٹرفیس میں نقائص کی وجہ سے چارج جمع ہونے کی وجہ سے۔ اگر علاج نہ کیا جائے تو ان آلات کو مستحکم ہونے میں ایک دن لگ سکتا ہے۔ تاہم، اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے مختلف طریقے تیار کیے گئے تھے، جیسے کہ دھاتی آکسائیڈ کلیڈنگ، سبسٹریٹ پولرائزیشن، اور اینیلنگ کا استعمال، اس مسئلے کو اب بڑی حد تک قابل انتظام بنا دیا گیا ہے۔
اس کے برعکس، LTOI میں کم مادی نقائص ہیں، جس کی وجہ سے بڑھے ہوئے مظاہر میں نمایاں کمی واقع ہوتی ہے۔ اضافی پروسیسنگ کے بغیر بھی، اس کا آپریٹنگ پوائنٹ نسبتاً مستحکم رہتا ہے۔ اسی طرح کے نتائج ای پی ایف ایل، ہارورڈ، اور جیانگ یونیورسٹی کے ذریعہ رپورٹ کیے گئے ہیں۔ تاہم، موازنہ اکثر غیر علاج شدہ LNOI ماڈیولرز کا استعمال کرتا ہے، جو شاید پوری طرح سے منصفانہ نہ ہو۔ پروسیسنگ کے ساتھ، دونوں مواد کی کارکردگی کا امکان اسی طرح ہے. بنیادی فرق LTOI میں ہے جس میں پروسیسنگ کے کم اضافی اقدامات کی ضرورت ہوتی ہے۔
②لوئر بریفنگنس: 0.004 بمقابلہ 0.07
لیتھیم نیوبیٹ (LNOI) کی اعلیٰ بایرفرنجنس بعض اوقات مشکل ہو سکتی ہے، خاص طور پر جب ویو گائیڈ موڑ موڈ کپلنگ اور موڈ ہائبرڈائزیشن کا سبب بن سکتا ہے۔ پتلی LNOI میں، ویو گائیڈ میں ایک موڑ جزوی طور پر TE لائٹ کو TM لائٹ میں تبدیل کر سکتا ہے، جس سے بعض غیر فعال آلات، جیسے فلٹرز کی ساخت پیچیدہ ہو جاتی ہے۔
LTOI کے ساتھ، نچلی بریفنگنس اس مسئلے کو ختم کرتی ہے، ممکنہ طور پر اعلی کارکردگی والے غیر فعال آلات تیار کرنا آسان بناتی ہے۔ EPFL نے بھی قابل ذکر نتائج کی اطلاع دی ہے، LTOI کی کم بائرفرنجنس اور موڈ کراسنگ کی غیر موجودگی کا فائدہ اٹھاتے ہوئے الٹرا وائیڈ اسپیکٹرم الیکٹرو آپٹک فریکوئنسی کامب جنریشن کو حاصل کرنے کے لیے وسیع اسپیکٹرل رینج میں فلیٹ ڈسپریشن کنٹرول کے ساتھ۔ اس کے نتیجے میں 2000 سے زیادہ کنگھی لائنوں کے ساتھ ایک متاثر کن 450 nm کنگھی بینڈوتھ بنی، جو لیتھیم نائوبیٹ کے ساتھ حاصل کی جانے والی چیزوں سے کئی گنا زیادہ ہے۔ کیر آپٹیکل فریکوئنسی کنگھی کے مقابلے میں، الیکٹرو آپٹک کنگھی حد سے پاک اور زیادہ مستحکم ہونے کا فائدہ پیش کرتے ہیں، حالانکہ انہیں ہائی پاور مائکروویو ان پٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔
③اعلی آپٹیکل نقصان کی حد
LTOI کی آپٹیکل نقصان کی حد LNOI سے دوگنا ہے، جو نان لائنر ایپلی کیشنز (اور ممکنہ طور پر مستقبل کی کوہرنٹ پرفیکٹ ابسورپشن (CPO) ایپلی کیشنز) میں فائدہ فراہم کرتی ہے۔ موجودہ آپٹیکل ماڈیول پاور لیولز سے لتیم نیبیٹ کو نقصان پہنچنے کا امکان نہیں ہے۔
④کم رامن اثر
یہ نان لائنر ایپلی کیشنز سے بھی متعلق ہے۔ لیتھیم نیبیٹ کا ایک مضبوط رامان اثر ہے، جو کیر آپٹیکل فریکوئنسی کومب ایپلی کیشنز میں ناپسندیدہ رمن لائٹ جنریشن کا باعث بن سکتا ہے اور مقابلہ حاصل کر سکتا ہے، جس سے ایکس کٹ لیتھیم نیوبیٹ آپٹیکل فریکوئنسی کنگھی کو سولٹن سٹیٹ تک پہنچنے سے روکتا ہے۔ LTOI کے ساتھ، رمن اثر کو کرسٹل اورینٹیشن ڈیزائن کے ذریعے دبایا جا سکتا ہے، جس سے x-cut LTOI سولٹن آپٹیکل فریکوئنسی کومب جنریشن حاصل کر سکتا ہے۔ یہ تیز رفتار ماڈیولٹرز کے ساتھ سولیٹن آپٹیکل فریکوئنسی کومبس کے یک سنگی انضمام کو قابل بناتا ہے، ایسا کارنامہ جو LNOI کے ساتھ حاصل نہیں کیا جا سکتا۔
◆ Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) کا پہلے ذکر کیوں نہیں کیا گیا؟
لیتھیم ٹینٹلیٹ کا کیوری درجہ حرارت لتیم نیوبیٹ (610°C بمقابلہ 1157°C) سے کم ہے۔ ہیٹرو انٹیگریشن ٹیکنالوجی (XOI) کی ترقی سے پہلے، لتیم نائوبیٹ ماڈیولٹرز ٹائٹینیم ڈفیوژن کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیے گئے تھے، جس کے لیے 1000°C سے زیادہ پر اینیلنگ کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے LTOI غیر موزوں ہو جاتا ہے۔ تاہم، ماڈیولیٹر کی تشکیل کے لیے انسولیٹر سبسٹریٹس اور ویو گائیڈ اینچنگ کے استعمال کی طرف آج کی تبدیلی کے ساتھ، 610 ° C کیوری کا درجہ حرارت کافی سے زیادہ ہے۔
◆ کیا Thin-Film Lithium Tantalate (LTOI) Thin-Film Lithium Niobate (TFLN) کو بدل دے گا؟
موجودہ تحقیق کی بنیاد پر، LTOI غیر فعال کارکردگی، استحکام، اور بڑے پیمانے پر پیداواری لاگت میں فوائد پیش کرتا ہے، جس میں کوئی واضح خرابی نہیں ہے۔ تاہم، LTOI ماڈیولیشن کی کارکردگی میں لتیم نائوبیٹ سے آگے نہیں نکلتا، اور LNOI کے ساتھ استحکام کے مسائل کے حل معلوم ہیں۔ کمیونیکیشن DR ماڈیولز کے لیے، غیر فعال اجزاء کی کم سے کم مانگ ہے (اور ضرورت پڑنے پر سلکان نائٹرائڈ استعمال کیا جا سکتا ہے)۔ مزید برآں، ویفر لیول ایچنگ کے عمل، ہیٹرو انٹیگریشن تکنیک، اور قابل اعتماد جانچ کو دوبارہ قائم کرنے کے لیے نئی سرمایہ کاری کی ضرورت ہے (لیتھیم نائوبیٹ ایچنگ میں مشکل ویو گائیڈ نہیں تھی بلکہ اعلی پیداوار والے ویفر لیول ایچنگ کو حاصل کرنا تھی)۔ لہٰذا، لتیم نیوبیٹ کی قائم کردہ پوزیشن کے ساتھ مقابلہ کرنے کے لیے، LTOI کو مزید فوائد سے پردہ اٹھانے کی ضرورت پڑسکتی ہے۔ تعلیمی لحاظ سے، تاہم، LTOI مربوط آن-چِپ سسٹمز، جیسے آکٹیو اسپیننگ الیکٹرو آپٹک کومبس، پی پی ایل ٹی، سولٹن اور اے ڈبلیو جی ویو لینتھ ڈویژن ڈیوائسز، اور سرنی ماڈیولٹرز کے لیے اہم تحقیقی صلاحیت پیش کرتا ہے۔
پوسٹ ٹائم: نومبر-08-2024