Фотонные интегральные схемы на танталате лития для серийного производства

Электрооптические фотонные интегральные схемы (PIC) на основе ниобата лития (LiNbO3) продемонстрировали широкие возможности материалов с высоким коэффициентом Поккельса. Они обеспечивают линейные и высокоскоростные модуляторы, работающие на уровнях напряжения, совместимых с КМОП (комплементарной металлооксидной полупроводниковой) технологией, применимые в коммутации дата-центров, высокопроизводительных вычислениях и фотонных акселераторах для ИИ. Однако промышленное применение этой технологии сдерживается высокой стоимостью за пластину и ограниченным размером пластин. Высокая стоимость обусловлена отсутствием уже существующих массовых применений в других областях, которые ускорили бы внедрение фотоники на кремнии на изоляторе (SOI), чему способствовали крупные инвестиции в микроэлектронику. В настоящей работе мы сообщаем о мало́потерянных PIC из танталата лития (LiTaO3) — материала, который уже коммерчески используется в радиочастотных фильтрах для 5G и поэтому обеспечивает масштабируемое и недорогое производство, а также обладает свойствами, сопоставимыми и в некоторых случаях превосходящими свойства LiNbO3. Мы показываем, что LiTaO3 можно травить для получения мало́потерянных (5.6 dB m-1) PIC с использованием процесса изготовления на степпере глубокого ультрафиолета (DUV). Мы демонстрируем модулятор Маха–Цендера (MZM) на LiTaO3 с произведением напряжение-полуволна на длину 1.9 V·cm и электрооптической полосой пропускания до 40 GHz. По сравнению с LiNbO3, LiTaO3 имеет значительно меньшее двулучепреломление, что обеспечивает высокую плотность интеграции и широкополосную работу во всех телекоммуникационных диапазонах. Кроме того, платформа поддерживает генерацию солитонных микрокомб. Наша работа прокладывает путь к масштабируемому производству недорогих и крупносерийных фотонных электрооптических интегральных схем следующего поколения.