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TFLN (Thin-Film Lithium Niobate) 和 TFLT (Thin-Film Lithium Tantalate) on Silicon Photonics (SiPh) 代表一種先進的異質整合平台，其開發目的在於克服光子系統中矽所固有的物理限制。.
矽光子技術提供卓越的
LiNbO ₃和 LiTaO ₃可擴充性和 CMOS 兼容性極佳，但缺乏強大的線性電光 (Pockels) 效應，且具有相對較高的損耗和有限的調變線性度。為解決這些限制，薄膜 LiNbO₃ 和 LiTaO₃ 透過晶圓接合或混合整合技術被導入 SiPh 平台。.
此解決方案能夠結合
- 來自 TFLN/TFLT 的高速光電效能
- 來自矽光子的大規模整合能力
它廣泛應用於下一代光學互連、相干通訊系統和微波光子學。.
核心材料定義
TFLN (铌酸锂薄膜)
铌酸锂薄膜具有很强的 Pockels 效应，可实现低插入损耗的超快速光调制。它是目前高速光調製器的業界標準。.
TFLT (薄膜鉭)
薄膜钽酸锂表现出类似的电光行为，但具有更好的热稳定性、更高的光损伤阈值和更好的晶圆级均匀性。它被認為是大功率和大規模應用的理想選擇。.
為什麼要將 TFLN / TFLT 與矽光電整合在一起？
由於以下原因，單靠矽是無法有效支援高效能調變的：
- 無內在電光效應
- 取決於等離子體分散效應，導致較高的光損耗
- 先進調變格式的線性度有限
藉由將 TFLN/TFLT 整合至 SiPh 上，此平台可達成以下目標：
- 調變頻寬超過 100 GHz，支援 800G 和 1.6T 系統
- 較低的半波電壓 (Vπ)，可降低功耗
- 超低光傳播損耗
- 從可見光到中紅外線的寬透明度視窗
整合方法
1.異質整合（鍵合法）
薄膜 LN 或 LT 被接合在預先製成的矽或氮化矽 (Si/SiN) 波導上。.
- 透過瞬發場進行光學耦合
- 與矽光子製造保持完全相容
- 適用於大規模製造
2.LNOI / LTOI 波導方法
波導直接蝕刻在薄膜 LN 或 LT 層上。.
- 單晶材料中的強光局限性
- 最高的調變效率
- 製程較複雜，與標準 SiPh 製程的相容性較低
典型結構 (建議放置圖片)
結構 1：混合波導 (SiPh + TFLN/TFLT)
- Si 或 SiN 波導 (底層)
- SiO₂ 結合層
- 薄膜 LN/LT 層 (~300-600 奈米)
- 頂部的 RF 電極
結構 2：山脊波導 (LNOI/LTOI)
- LN/LT 薄膜
- 埋入式氧化物 (BOX)
- 矽基板
性能參數
| 參數 | TFLN | TFLT | 注意事項 |
|---|---|---|---|
| 電光係數 (r33) | ~31 pm/V | ~30 pm/V | 類似的調變效率 |
| 3-dB 頻寬 | 100-400 GHz+ | 70-100 GHz+ | 遠高於矽調變器 (~40 GHz) |
| Vπ-L | 1.8-2.5 V-cm | 2.0-3.5 V-cm | 較低表示驅動電壓較低 |
| 光損失 | <0.1 dB/cm | <0.1 dB/cm | 極低 |
| 折射率 | ~2.1-2.2 | ~2.1 | 高密閉能力 |
| 居里溫度 | ~1140°C | ~600°C | 材料特性參考 |
| 光學損害臨界值 | 中度 | 非常高 | TFLT 更適合高功率 |
| 直流漂移 | 引人注目 | 非常低 | TFLT 具有優異的穩定性 |
主要優勢
高速調變能力
支援超過 100 GHz 的超高頻寬光學調變，實現新一代的資料傳輸速率。.
低功耗
與矽基調變器相比，降低半波電壓可降低驅動功率。.
優異的光學效能
低傳播損耗和高折射率可實現緊湊、高效的光子集成。.
熱穩定性和偏置穩定性 (TFLT 優勢)
TFLT 可提供更佳的抗熱變化能力，並將直流漂移降至最低，這對於長期系統穩定性至關重要。.
可擴充製造
以接合為基礎的整合保留了矽光子製程相容性，支援晶圓規模生產。.
應用場景
- 資料中心光學互連 (400G / 800G / 1.6T)
- 相干光通訊系統
- 微波光子學和光纖上的 RF
- 整合式光子電路 (PIC)
- 高功率雷射調變系統
- LiDAR 與感測平台
選擇指南
選擇 TFLN 時：
- 需要最大的調變頻寬
- 成熟的生態系統和供應鏈是首選
- 目標應用包括相干光學與超高速傳輸
在下列情況下選擇 TFLT：
- 偏壓穩定性和低直流漂移是關鍵
- 需要高光功率處理
- 長期可靠性與熱穩定性是優先考量
常見問題
1.與矽調變器相比，TFLN/TFLT 在 SiPh 上的主要優點是什麼？
其主要優勢在於存在強大的電光效應，相較於純矽調變器，可實現更高的頻寬、更低的損耗以及更低的功耗。.
2.evanescent 耦合在混合積分中是如何工作的？
光在矽波導中傳播，並部分延伸至薄膜 LN 或 LT 層。這種重疊的光場允許有效率的調變，而不會完全轉移光學模式。.
3.此平台是否適合大規模製造？
是的，以鍵合技術為基礎的異質整合可與標準矽光子製程相容，從而實現大批量且具成本效益的生產。.
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