Astratt:Aħna żviluppajna gwida tal-mewġ tat-tantalat tal-litju bbażata fuq iżolatur ta '1550 nm b'telf ta' 0.28 dB / ċm u fattur ta 'kwalità ta' resonator ring ta '1.1 miljun. L-applikazzjoni ta ' χ (3) nonlinearity fil fotonika mhux lineari ġiet studjata. Il-vantaġġi tan-nijobat tal-litju fuq iżolatur (LNoI), li juri proprjetajiet mhux lineari eċċellenti χ(2) u χ(3) flimkien ma' konfinament ottiku qawwi minħabba l-istruttura "iżolatur fuq" tiegħu, wasslu għal avvanzi sinifikanti fit-teknoloġija tal-gwida tal-mewġ għal ultraveloċi modulaturi u fotonika integrata mhux lineari [1-3]. Minbarra l-LN, it-tantalat tal-litju (LT) ġie investigat ukoll bħala materjal fotoniku mhux lineari. Meta mqabbel ma 'LN, LT għandu limitu ogħla ta' ħsara ottika u tieqa ta 'trasparenza ottika usa' [4, 5], għalkemm il-parametri ottiċi tiegħu, bħall-indiċi rifrattiv u l-koeffiċjenti mhux lineari, huma simili għal dawk ta 'LN [6, 7]. Għalhekk, LToI jispikka bħala materjal ieħor kandidat b'saħħtu għal applikazzjonijiet fotoniċi mhux lineari ta 'qawwa ottika għolja. Barra minn hekk, LToI qed isir materjal primarju għall-apparati tal-filtru tal-mewġ akustiku tal-wiċċ (SAW), applikabbli f'teknoloġiji mobbli u bla fili b'veloċità għolja. F'dan il-kuntest, wejfers LToI jistgħu jsiru materjali aktar komuni għal applikazzjonijiet fotoniċi. Madankollu, sal-lum, ġew irrappurtati biss ftit apparati fotoniċi bbażati fuq LToI, bħal resonaturi tal-mikrodisk [8] u phase shifters elettro-ottiċi [9]. F'dan id-dokument, aħna nippreżentaw waveguide LToI b'telf baxx u l-applikazzjoni tagħha f'resonatur taċ-ċirku. Barra minn hekk, aħna nipprovdu l-karatteristiċi mhux lineari χ(3) tal-gwida tal-mewġ LToI.
Punti Ewlenin:
• Offerta wejfers LToI ta '4 pulzieri sa 6 pulzieri, wejfers ta' tantalat tal-litju b'film irqiq, bi ħxuna ta 'saff ta' fuq li jvarjaw minn 100 nm sa 1500 nm, li jutilizzaw teknoloġija domestika u proċessi maturi.
• SINOI: Wejfers ta 'film irqiq tan-nitrur tas-silikon b'telf ultra baxx.
• SICOI: Sostrati ta 'film irqiq tal-karbur tas-silikon semi-insulanti ta' purità għolja għal ċirkuwiti integrati fotoniċi tal-karbur tas-silikon.
• LTOI: Kompetitur b'saħħtu għan-nijobat tal-litju, wejfers ta' tantalat tal-litju b'film irqiq.
• LNOI: LNOI ta '8 pulzieri li jappoġġjaw il-produzzjoni tal-massa ta' prodotti ta 'nijobat tal-litju ta' film irqiq fuq skala akbar.
Manifattura fuq Insulator Waveguides:F'dan l-istudju, użajna wejfers LToI ta '4 pulzieri. Is-saff LT ta 'fuq huwa sottostrat LT kummerċjali mdawwar ta' 42° Y-cut għal apparati SAW, li huwa marbut direttament ma 'sottostrat Si b'saff ta' ossidu termali ħoxnin ta '3 µm, li juża proċess ta' qtugħ intelliġenti. Il-Figura 1(a) turi veduta ta 'fuq tal-wejfer LToI, bil-ħxuna tas-saff LT ta' fuq ta '200 nm. Aħna vvalutajna l-ħruxija tal-wiċċ tas-saff LT ta 'fuq bl-użu ta' mikroskopija tal-forza atomika (AFM).
Figura 1.(a) Veduta ta’ fuq tal-wejfer LToI, (b) Immaġini AFM tal-wiċċ tas-saff LT ta’ fuq, (c) Immaġini PFM tal-wiċċ tas-saff LT ta’ fuq, (d) Sezzjoni trasversali skematika tal-gwida tal-mewġ LToI, (e) Profil tal-modalità TE fundamentali ikkalkulat, u (f) Immaġini SEM tal-qalba tal-gwida tal-mewġ LToI qabel id-depożizzjoni tas-saff ta' SiO2. Kif muri fil-Figura 1 (b), il-ħruxija tal-wiċċ hija inqas minn 1 nm, u ma ġew osservati l-ebda linji ta 'scratch. 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 (c). Aħna kkonfermajna li l-polarizzazzjoni uniformi nżammet anke wara l-proċess tat-twaħħil.
Bl-użu ta 'dan is-sottostrat LToI, aħna ffabbrikajna l-waveguide kif ġej. L-ewwel, saff tal-maskra tal-metall ġie depożitat għal inċiżjoni niexfa sussegwenti tal-LT. Imbagħad, il-litografija tar-raġġ ta 'elettroni (EB) saret biex tiddefinixxi l-mudell tal-qalba tal-gwida tal-mewġ fuq is-saff tal-maskra tal-metall. Sussegwentement, ittrasferijna l-mudell tar-reżistenza EB għas-saff tal-maskra tal-metall permezz ta 'inċiżjoni niexfa. Wara, il-qalba tal-gwida tal-mewġ LToI ġiet iffurmata bl-użu tal-inċiżjoni tal-plażma tar-reżonanza taċ-ċiklotron elettroniku (ECR). Fl-aħħarnett, is-saff tal-maskra tal-metall tneħħa permezz ta 'proċess imxarrab, u saff ta' SiO2 ġie depożitat bl-użu ta 'depożizzjoni tal-fwar kimiku msaħħa bil-plażma. 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.
Figura 1 (e) turi d-distribuzzjoni tal-intensità ottika kkalkulata 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 'overlayer SiO2.
Waveguide Karatteristiċi:L-ewwel evalwajna l-karatteristiċi tat-telf lineari billi daħħalna dawl polarizzat TE minn sors ta 'emissjoni spontanja amplifikata ta' wavelength ta '1550 nm f'gwidi tal-mewġ LToI ta' tulijiet differenti. It-telf tal-propagazzjoni nkiseb mill-inklinazzjoni tar-relazzjoni bejn it-tul tal-gwida tal-mewġ u t-trasmissjoni f'kull wavelength. It-telf imkejjel tal-propagazzjoni kien 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 urew prestazzjoni ta 'telf baxx komparabbli mal-gwidi tal-mewġ LNoI tal-aħħar [10].
Sussegwentement, ivvalutajna n-nuqqas ta 'linearità ta' χ (3) permezz tal-konverżjoni tal-wavelength ġġenerata minn proċess ta 'taħlit ta' erba 'mewġ. Aħna ndaħħlu dawl tal-pompa tal-mewġ kontinwu f'1550.0 nm u dawl tas-sinjal f'1550.6 nm f'gwida tal-mewġ twila ta '12 mm. Kif muri fil-Figura 2 (b), l-intensità tas-sinjal tal-mewġ tad-dawl konjugat tal-fażi (idler) żdiedet biż-żieda tal-qawwa tad-dħul. Id-daħla fil-Figura 2 (b) turi l-ispettru tipiku tal-output tat-taħlit ta 'erba' mewġ. Mir-relazzjoni bejn il-qawwa tad-dħul u l-effiċjenza tal-konverżjoni, aħna stmat il-parametru mhux lineari (γ) li jkun bejn wieħed u ieħor 11 W ^ -1m.
Figura 3.(a) Immaġini tal-mikroskopju tar-resonatur taċ-ċirku fabbrikat. (b) Spettri ta 'trażmissjoni tar-resonatur taċ-ċirku b'diversi parametri tal-vojt. (c) Spettru ta' trażmissjoni mkejjel u imwaħħal Lorentzian tar-resonatur taċ-ċirku b'vojt ta' 1000 nm.
Sussegwentement, aħna ffabbrikajna resonatur taċ-ċirku LToI u evalwajna l-karatteristiċi tiegħu. Figura 3 (a) turi l-immaġni tal-mikroskopju ottiku tar-resonatur taċ-ċirku fabbrikat. Ir-resonatur taċ-ċirku fih konfigurazzjoni ta '"racetrack", li tikkonsisti f'reġjun mgħawġa b'raġġ ta' 100 µm u reġjun dritta ta '100 µm fit-tul. Il-wisa 'tal-vojt bejn iċ-ċirku u l-qalba tal-waveguide tal-linja tvarja f'żidiet ta' 200 nm, speċifikament f'800, 1000, u 1200 nm. Il-Figura 3 (b) turi l-ispettri tat-trażmissjoni għal kull vojt, li jindika li l-proporzjon ta 'estinzjoni jinbidel mad-daqs tal-vojt. 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-resonatur akkoppjat b'mod kritiku, aħna stmat il-fattur ta 'kwalità (fattur Q) billi twaħħlu l-ispettru ta' trasmissjoni lineari b'kurva Lorentzian, u ksibna fattur Q intern ta '1.1 miljun, kif muri fil-Figura 3 (c). Sa fejn nafu tagħna, din hija l-ewwel dimostrazzjoni ta 'waveguide-akkoppjat LToI ring resonator. Notevolment, il-valur tal-fattur Q li ksibna huwa ogħla b'mod sinifikanti minn dak tar-reżonaturi tal-mikrodisk LToI akkoppjati bil-fibra [9].
Konklużjoni:Aħna żviluppajna waveguide LToI b'telf ta '0.28 dB / ċm f'1550 nm u fattur Q ta' resonator ring ta '1.1 miljun. Il-prestazzjoni miksuba hija komparabbli ma 'dik ta' gwidi tal-mewġ LNoI ta 'l-aħħar telf baxx. Barra minn hekk, investigajna n-nonlinearity χ(3) tal-waveguide LToI manifatturat għal applikazzjonijiet mhux lineari fuq iċ-ċippa.
Ħin tal-post: Nov-20-2024