Astratt:Żviluppajna gwida tal-mewġa tat-tantalat tal-litju bbażata fuq iżolatur ta' 1550 nm b'telf ta' 0.28 dB/cm u fattur ta' kwalità tar-reżonatur taċ-ċirku ta' 1.1 miljun. L-applikazzjoni tan-nonlinearità χ(3) fil-fotonika mhux lineari ġiet studjata. Il-vantaġġi tan-nijobat tal-litju fuq l-iżolatur (LNoI), li juri proprjetajiet mhux lineari eċċellenti ta' χ(2) u χ(3) flimkien ma' konfinament ottiku qawwi minħabba l-istruttura "iżolatur-mixgħul" tiegħu, wasslu għal avvanzi sinifikanti fit-teknoloġija tal-gwida tal-mewġa għal modulaturi ultraveloċi u fotonika mhux lineari integrata [1-3]. Minbarra l-LN, it-tantalat tal-litju (LT) ġie investigat ukoll bħala materjal fotoniku mhux lineari. Meta mqabbel mal-LN, l-LT għandu limitu ogħla ta' ħsara ottika u tieqa usa' ta' trasparenza ottika [4, 5], għalkemm il-parametri ottiċi tiegħu, bħall-indiċi refrattiv u l-koeffiċjenti mhux lineari, huma simili għal dawk tal-LN [6, 7]. Għalhekk, LToI jispikka bħala materjal kandidat ieħor qawwi għal applikazzjonijiet fotoniċi mhux lineari ta' qawwa ottika għolja. Barra minn hekk, LToI qed isir materjal primarju għal apparati ta' filtru tal-mewġ akustiku tal-wiċċ (SAW), applikabbli f'teknoloġiji mobbli u mingħajr fili b'veloċità għolja. F'dan il-kuntest, il-wejfers LToI jistgħu jsiru materjali aktar komuni għal applikazzjonijiet fotoniċi. Madankollu, sal-lum, ġew irrappurtati biss ftit apparati fotoniċi bbażati fuq LToI, bħal reżonaturi tal-mikrodiski [8] u shifters tal-fażi elettro-ottiċi [9]. F'dan id-dokument, nippreżentaw waveguide LToI b'telf baxx u l-applikazzjoni tagħha f'reżonatur taċ-ċirku. Barra minn hekk, nipprovdu l-karatteristiċi mhux lineari χ(3) tal-waveguide LToI.
Punti Ewlenin:
• Offerta ta' wejfers LToI ta' 4 pulzieri sa 6 pulzieri, wejfers tat-tantalat tal-litju b'film irqiq, bi ħxuna tas-saff ta' fuq li tvarja minn 100 nm sa 1500 nm, bl-użu ta' teknoloġija domestika u proċessi maturi.
• SINOI: Wejfers ta' film irqiq tan-nitrid tas-silikon b'telf ultra-baxx.
• SICOI: Sottostrati ta' film irqiq tas-silikon karbur semi-insulanti ta' purità għolja għal ċirkwiti integrati fotoniċi tas-silikon karbur.
• LTOI: Kompetitur qawwi għan-nijobat tal-litju, wejfers tat-tantalat tal-litju b'film irqiq.
• LNOI: LNOI ta' 8 pulzieri li jappoġġja l-produzzjoni tal-massa ta' prodotti tan-nijobat tal-litju b'film irqiq fuq skala akbar.
Manifattura fuq Waveguides tal-Insulatur:F'dan l-istudju, użajna wejfers LToI ta' 4 pulzieri. Is-saff LT ta' fuq huwa sottostrat LT kummerċjali mqatta' f'forma ta' Y b'rotazzjoni ta' 42° għal apparati SAW, li huwa mwaħħal direttament ma' sottostrat Si b'saff ta' ossidu termali ta' 3 µm ħxuna, bl-użu ta' proċess ta' qtugħ intelliġenti. Il-Figura 1(a) turi veduta minn fuq tal-wejfer LToI, bil-ħxuna tas-saff LT ta' fuq ta' 200 nm. Ivvalutajna l-ħruxija tal-wiċċ tas-saff LT ta' fuq bl-użu ta' mikroskopija tal-forza atomika (AFM).
Figura 1.(a) Veduta minn fuq tal-wejfer LToI, (b) Immaġni AFM tal-wiċċ tas-saff LT ta' fuq, (ċ) Immaġni PFM tal-wiċċ tas-saff LT ta' fuq, (d) Sezzjoni trasversali skematika tal-gwida tal-mewġ LToI, (e) Profil tal-modalità TE fundamentali kkalkulat, u (f) Immaġni SEM tal-qalba tal-gwida tal-mewġ LToI qabel id-depożizzjoni tas-saff ta' fuq SiO2. Kif muri fil-Figura 1 (b), il-ħruxija tal-wiċċ hija inqas minn 1 nm, u ma ġew osservati l-ebda linji ta' grif. Barra minn hekk, eżaminajna l-istat tal-polarizzazzjoni tas-saff LT ta' fuq bl-użu ta' mikroskopija tal-forza tar-rispons pjeżoelettrika (PFM), kif muri fil-Figura 1 (ċ). Ikkonfermajna li l-polarizzazzjoni uniformi nżammet anke wara l-proċess ta' twaħħil.
Bl-użu ta' dan is-sottostrat LToI, iffabbrikajna l-gwida tal-mewġ kif ġej. L-ewwel, ġie depożitat saff ta' maskra tal-metall għal inċiżjoni niexfa sussegwenti tal-LT. Imbagħad, twettqet litografija b'raġġ ta' elettroni (EB) biex tiddefinixxi l-mudell tal-qalba tal-gwida tal-mewġ fuq is-saff tal-maskra tal-metall. Sussegwentement, ittrasferixna l-mudell tar-reżistenza EB għas-saff tal-maskra tal-metall permezz ta' inċiżjoni niexfa. Wara dan, il-qalba tal-gwida tal-mewġ LToI ġiet iffurmata bl-użu ta' inċiżjoni bil-plażma bir-reżonanza taċ-ċiklotron tal-elettroni (ECR). Fl-aħħar, is-saff tal-maskra tal-metall tneħħa permezz ta' proċess imxarrab, u ġie depożitat saff ta' fuq SiO2 bl-użu ta' depożizzjoni kimika tal-fwar imsaħħa bil-plażma. Il-Figura 1(d) turi s-sezzjoni trasversali skematika tal-gwida tal-mewġ LToI. L-għoli totali tal-qalba, l-għoli tal-pjanċa, u l-wisa' tal-qalba huma 200 nm, 100 nm, u 1000 nm, rispettivament. Innota li l-wisa' tal-qalba tespandi għal 3 µm fit-tarf tal-gwida tal-mewġ għall-akkoppjar tal-fibra ottika.
Il-Figura 1(e) turi d-distribuzzjoni kkalkulata tal-intensità ottika tal-modalità elettrika trasversali fundamentali (TE) f'1550 nm. Il-Figura 1(f) turi l-immaġni tal-mikroskopju elettroniku tal-iskannjar (SEM) tal-qalba tal-gwida tal-mewġ LToI qabel id-depożizzjoni tas-saff ta' fuq tas-SiO2.
Karatteristiċi tal-Gwida tal-Mewġa:L-ewwel evalwajna l-karatteristiċi tat-telf lineari billi daħħalna dawl polarizzat bit-TE minn sors ta' emissjoni spontanja amplifikat b'tul ta' mewġa ta' 1550 nm f'gwidi tal-mewġ LToI ta' tulijiet varji. It-telf tal-propagazzjoni nkiseb mill-inklinazzjoni tar-relazzjoni bejn it-tul tal-gwida tal-mewġa u t-trażmissjoni f'kull tul ta' mewġa. It-telf tal-propagazzjoni mkejjel kien ta' 0.32, 0.28, u 0.26 dB/cm f'1530, 1550, u 1570 nm, rispettivament, kif muri fil-Figura 2 (a). Il-gwidi tal-mewġ LToI fabbrikati wrew prestazzjoni ta' telf baxx komparabbli mal-gwidi tal-mewġ LNoI l-aktar avvanzati [10].
Imbagħad, ivvalutajna n-nonlinearità χ(3) permezz tal-konverżjoni tal-wavelength iġġenerata minn proċess ta' taħlit b'erba' mewġ. Daħħalna dawl ta' pompa ta' mewġa kontinwa f'1550.0 nm u dawl ta' sinjal f'1550.6 nm f'gwida tal-mewġ twila 12 mm. Kif muri fil-Figura 2 (b), l-intensità tas-sinjal tal-mewġa tad-dawl konjugata tal-fażi (idler) żdiedet biż-żieda tal-qawwa tad-dħul. L-inserzjoni fil-Figura 2 (b) turi l-ispettru tipiku tal-ħruġ tat-taħlit b'erba' mewġ. Mir-relazzjoni bejn il-qawwa tad-dħul u l-effiċjenza tal-konverżjoni, stmajna l-parametru mhux lineari (γ) li huwa madwar 11 W^-1m.
Figura 3.(a) Immaġni tal-mikroskopju tar-reżonatur taċ-ċirku fabbrikat. (b) Spettri tat-trażmissjoni tar-reżonatur taċ-ċirku b'diversi parametri tad-distakk. (ċ) Spettru tat-trażmissjoni mkejjel u mwaħħal bil-Lorentzian tar-reżonatur taċ-ċirku b'distakk ta' 1000 nm.
Imbagħad, iffabbrikajna reżonatur taċ-ċirku LToI u evalwajna l-karatteristiċi tiegħu. Il-Figura 3 (a) turi l-immaġni tal-mikroskopju ottiku tar-reżonatur taċ-ċirku fabbrikat. Ir-reżonatur taċ-ċirku għandu konfigurazzjoni "racetrack", li tikkonsisti f'reġjun mgħawweġ b'raġġ ta' 100 µm u reġjun dritt b'tul ta' 100 µm. Il-wisa' tad-distakk bejn iċ-ċirku u l-qalba tal-gwida tal-mewġ tal-bus tvarja f'inkrementi ta' 200 nm, speċifikament fi 800, 1000, u 1200 nm. Il-Figura 3 (b) turi l-ispettri tat-trażmissjoni għal kull distakk, li jindika li l-proporzjon ta' estinzjoni jinbidel mad-daqs tad-distakk. Minn dawn l-ispettri, iddeterminajna li d-distakk ta' 1000 nm jipprovdi kundizzjonijiet ta' akkoppjar kważi kritiċi, peress li juri l-ogħla proporzjon ta' estinzjoni ta' -26 dB.
Bl-użu tar-reżonatur akkoppjat b'mod kritiku, stmajna l-fattur tal-kwalità (fattur Q) billi waħħalna l-ispettru tat-trażmissjoni lineari b'kurva Lorentziana, u ksibna fattur Q intern ta' 1.1 miljun, kif muri fil-Figura 3 (c). Sa fejn nafu aħna, din hija l-ewwel dimostrazzjoni ta' reżonatur taċ-ċirku LToI akkoppjat ma' waveguide. Ta' min jinnota li l-valur tal-fattur Q li ksibna huwa sinifikament ogħla minn dak tar-reżonaturi tal-mikrodiski LToI akkoppjati bil-fibra [9].
Konklużjoni:Żviluppajna waveguide LToI b'telf ta' 0.28 dB/cm f'1550 nm u fattur Q tar-reżonatur taċ-ċirku ta' 1.1 miljun. Il-prestazzjoni miksuba hija komparabbli ma' dik tal-waveguides LNoI b'telf baxx l-aktar avvanzati. Barra minn hekk, investigajna n-nonlinearità χ(3) tal-waveguide LToI manifatturata għal applikazzjonijiet nonlineari on-chip.
Ħin tal-posta: 20 ta' Novembru 2024