Xulosa:Biz 0,28 dB/sm3 yo'qotishga ega va halqali rezonator sifat koeffitsienti 1,1 million bo'lgan 1550 nm izolyatorga asoslangan lityum tantalat to'lqin yo'riqchisini ishlab chiqdik. χ(3) chiziqli bo'lmaganlikni chiziqli bo'lmagan fotonikalarda qo'llash o'rganildi. Izolyatorga lityum niobatning (LNoI) afzalliklari, "izolyatorga o'rnatilgan" tuzilishi tufayli kuchli optik cheklov bilan birga ajoyib χ(2) va χ(3) chiziqli bo'lmagan xususiyatlarni namoyish etadi, bu esa ultra tezkor modulyatorlar va integratsiyalashgan chiziqli bo'lmagan fotonika uchun to'lqin yo'riqchisi texnologiyasida sezilarli yutuqlarga olib keldi [1-3]. LN dan tashqari, lityum tantalat (LT) ham chiziqli bo'lmagan fotonik material sifatida o'rganildi. LN bilan taqqoslaganda, LT yuqori optik shikastlanish chegarasiga va kengroq optik shaffoflik oynasiga ega [4, 5], garchi uning sinish ko'rsatkichi va chiziqli bo'lmagan koeffitsientlar kabi optik parametrlari LN niki bilan o'xshash bo'lsa-da [6, 7]. Shunday qilib, LToI yuqori optik quvvatli chiziqli bo'lmagan fotonik ilovalar uchun yana bir kuchli nomzod material sifatida ajralib turadi. Bundan tashqari, LToI yuqori tezlikdagi mobil va simsiz texnologiyalarda qo'llaniladigan sirt akustik to'lqin (SAW) filtr qurilmalari uchun asosiy materialga aylanmoqda. Shu nuqtai nazardan, LToI plastinkalari fotonik ilovalar uchun keng tarqalgan materiallarga aylanishi mumkin. Biroq, bugungi kunga qadar LToI ga asoslangan bir nechta fotonik qurilmalar, masalan, mikrodisk rezonatorlari [8] va elektro-optik fazali o'tkazgichlar [9] haqida xabar berilgan. Ushbu maqolada biz past yo'qotishli LToI to'lqin yo'riqchisi va uning halqa rezonatorida qo'llanilishini taqdim etamiz. Bundan tashqari, biz LToI to'lqin yo'riqchisining χ(3) chiziqli bo'lmagan xususiyatlarini taqdim etamiz.
Asosiy fikrlar:
• Mahalliy texnologiyalar va yetuk jarayonlardan foydalangan holda, 4 dyuymdan 6 dyuymgacha bo'lgan LToI plastinkalarini, yupqa plyonkali lityum tantalat plastinkalarini, yuqori qatlam qalinligi 100 nm dan 1500 nm gacha bo'lgan holda taklif qilamiz.
• SINOI: Ultra past yo'qotishli kremniy nitridi yupqa plyonkali plastinkalar.
• SICOI: Silikon karbid fotonik integral mikrosxemalar uchun yuqori tozalikdagi yarim izolyatsiyalovchi kremniy karbid yupqa plyonkali substratlar.
• LTOI: Litiy niobat, yupqa plyonkali lityum tantalat plitalariga kuchli raqobatchi.
• LNOI: Katta hajmdagi yupqa plyonkali lityum niobat mahsulotlarini ommaviy ishlab chiqarishni qo'llab-quvvatlaydigan 8 dyuymli LNOI.
Izolyator to'lqin yo'riqnomalarida ishlab chiqarish:Ushbu tadqiqotda biz 4 dyuymli LToI plastinkalaridan foydalandik. Yuqori LT qatlami SAW qurilmalari uchun tijorat 42° aylantirilgan Y-kesilgan LT substrati bo'lib, u 3 µm qalinlikdagi termal oksid qatlami bilan Si substratiga to'g'ridan-to'g'ri bog'langan va aqlli kesish jarayonidan foydalangan. 1(a)-rasmda yuqori LT qatlamining qalinligi 200 nm bo'lgan LToI plastinkasining yuqori ko'rinishi ko'rsatilgan. Biz yuqori LT qatlamining sirt pürüzlülüğünü atom kuch mikroskopiyasi (AFM) yordamida baholadik.
1-rasm.(a) LToI plastinkasining yuqoridan ko'rinishi, (b) Yuqori LT qatlami yuzasining AFM tasviri, (c) Yuqori LT qatlami yuzasining PFM tasviri, (d) LToI to'lqin yo'riqchisining sxematik kesimi, (e) Hisoblangan asosiy TE rejimi profili va (f) SiO2 ustki qatlami yotqizilishidan oldin LToI to'lqin yo'riqchisi yadrosining SEM tasviri. 1(b)-rasmda ko'rsatilganidek, sirt pürüzlülüğü 1 nm dan kam va hech qanday tirnalish chiziqlari kuzatilmadi. Bundan tashqari, biz 1(c)-rasmda ko'rsatilganidek, yuqori LT qatlamining polyarizatsiya holatini pyezoelektrik javob kuchi mikroskopiyasi (PFM) yordamida tekshirdik. Biz bog'lanish jarayonidan keyin ham bir xil polyarizatsiya saqlanib qolganligini tasdiqladik.
Ushbu LToI substratidan foydalanib, biz to'lqin yo'riqchisini quyidagicha tayyorladik. Birinchidan, LT ni keyingi quruq o'yish uchun metall niqob qatlami yotqizildi. Keyin, metall niqob qatlami ustidagi to'lqin yo'riqchisi yadro naqshini aniqlash uchun elektron nur (EB) litografiyasi amalga oshirildi. Keyin, biz EB qarshilik naqshini quruq o'yish orqali metall niqob qatlamiga o'tkazdik. Keyin, elektron siklotron rezonans (ECR) plazma o'yish yordamida LToI to'lqin yo'riqchisi yadrosi hosil qilindi. Nihoyat, metall niqob qatlami nam jarayon orqali olib tashlandi va plazma bilan kuchaytirilgan kimyoviy bug' cho'ktirish yordamida SiO2 ustki qatlami yotqizildi. 1-rasm (d) da LToI to'lqin yo'riqchisining sxematik kesimi ko'rsatilgan. Umumiy yadro balandligi, plastinka balandligi va yadro kengligi mos ravishda 200 nm, 100 nm va 1000 nm ni tashkil qiladi. Optik tolali ulanish uchun yadro kengligi to'lqin yo'riqchisi chetida 3 µm gacha kengayishiga e'tibor bering.
1-rasm (e) da 1550 nm da asosiy ko'ndalang elektr (TE) rejimining hisoblangan optik intensivlik taqsimoti ko'rsatilgan. 1-rasm (f) da SiO2 ustki qatlami yotqizilishidan oldin LToI to'lqin yo'nalishi yadrosining skanerlovchi elektron mikroskop (SEM) tasviri ko'rsatilgan.
To'lqin qo'llanmasining xususiyatlari:Avval chiziqli yo'qotish xususiyatlarini 1550 nm to'lqin uzunligi kuchaytirilgan spontan emissiya manbasidan TE-polyarizatsiyalangan yorug'likni turli uzunlikdagi LToI to'lqin yo'riqnomalariga kiritish orqali baholadik. Tarqalish yo'qotilishi har bir to'lqin uzunligidagi to'lqin yo'riqnomasi uzunligi va uzatish o'rtasidagi bog'liqlikning qiyaligidan olindi. O'lchangan tarqalish yo'qotishlari 2(a)-rasmda ko'rsatilgandek, mos ravishda 1530, 1550 va 1570 nm da 0,32, 0,28 va 0,26 dB/sm3 ni tashkil etdi. Tayyorlangan LToI to'lqin yo'riqnomalari zamonaviy LNoI to'lqin yo'riqnomalari bilan taqqoslanadigan past yo'qotishli ishlashni namoyish etdi [10].
Keyin, biz to'rt to'lqinli aralashtirish jarayoni natijasida hosil bo'lgan to'lqin uzunligini o'zgartirish orqali χ(3) chiziqli bo'lmaganlikni baholadik. Biz 12 mm uzunlikdagi to'lqin yo'riqchisiga 1550,0 nm da uzluksiz to'lqinli nasos chiroqini va 1550,6 nm da signal chiroqini kiritdik. 2(b)-rasmda ko'rsatilganidek, fazali konjugat (bo'sh) yorug'lik to'lqini signalining intensivligi kirish quvvatining ortishi bilan oshdi. 2(b)-rasmdagi qo'shimchada to'rt to'lqinli aralashtirishning odatiy chiqish spektri ko'rsatilgan. Kirish quvvati va konversiya samaradorligi o'rtasidagi bog'liqlikdan biz chiziqli bo'lmagan parametrni (γ) taxminan 11 Vt^-1 m deb baholadik.
3-rasm.(a) Tayyorlangan halqali rezonatorning mikroskop tasviri. (b) Turli xil bo'shliq parametrlariga ega halqali rezonatorning uzatish spektrlari. (c) 1000 nm bo'shliqqa ega halqali rezonatorning o'lchangan va Lorentsian bilan o'rnatilgan uzatish spektri.
Keyin, biz LToI halqali rezonatorini yaratdik va uning xususiyatlarini baholadik. 3(a)-rasmda tayyorlangan halqali rezonatorning optik mikroskop tasviri ko'rsatilgan. Halqali rezonator radiusi 100 µm bo'lgan egri mintaqa va uzunligi 100 µm bo'lgan tekis mintaqadan iborat "poyga yo'li" konfiguratsiyasiga ega. Halqa va shina to'lqin yo'nalishi yadrosi orasidagi bo'shliq kengligi 200 nm qadamlar bilan, xususan, 800, 1000 va 1200 nm da o'zgaradi. 3(b)-rasmda har bir bo'shliq uchun uzatish spektrlari ko'rsatilgan, bu esa yo'qolish nisbati bo'shliq kattaligiga qarab o'zgarishini ko'rsatadi. Ushbu spektrlardan biz 1000 nm bo'shliq deyarli muhim ulanish sharoitlarini ta'minlashini aniqladik, chunki u eng yuqori yo'qolish nisbatini -26 dB ga ko'rsatadi.
Tanqidiy bog'langan rezonatordan foydalanib, biz chiziqli uzatish spektrini Lorentsian egri chizig'i bilan moslashtirish orqali sifat koeffitsientini (Q koeffitsienti) baholadik va 3-rasmda (c) ko'rsatilgandek, 1,1 million ichki Q koeffitsientini oldik. Bizning ma'lumotimizga ko'ra, bu to'lqin yo'riqnomasi bilan bog'langan LToI halqa rezonatorining birinchi namoyishidir. Shunisi e'tiborga loyiqki, biz erishgan Q koeffitsienti qiymati tolali bog'langan LToI mikrodisk rezonatorlarinikidan ancha yuqori [9].
Xulosa:Biz 1550 nm da 0,28 dB/sm3 yo'qotishga ega va halqali rezonator Q koeffitsienti 1,1 million bo'lgan LToI to'lqin yo'riqnomasini ishlab chiqdik. Olingan samaradorlik zamonaviy past yo'qotishli LNoI to'lqin yo'riqnomalarining samaradorligi bilan taqqoslanadi. Bundan tashqari, biz chipdagi chiziqli bo'lmagan ilovalar uchun ishlab chiqarilgan LToI to'lqin yo'riqnomasining χ(3) chiziqli emasligini tekshirdik.
Nashr vaqti: 2024-yil 20-noyabr