Abstrakt:Ne kemi zhvilluar një përcjellës valësh me bazë izolatori 1550 nm me një humbje prej 0,28 dB/cm dhe një faktor cilësie të rezonatorit unazor prej 1,1 milion. Është studiuar aplikimi i jolinearitetit χ(3) në fotonikën jolineare. Përparësitë e niobatit të litiumit në izolues (LNoI), i cili shfaq veti të shkëlqyera jolineare χ(2) dhe χ(3) së bashku me kufizimin e fortë optik për shkak të strukturës së tij "izolues-on", kanë çuar në përparime të rëndësishme në teknologjinë e valëve për ultra të shpejtë. modulatorët dhe fotonika jolineare e integruar [1-3]. Përveç LN, litium tantalate (LT) është hetuar gjithashtu si një material fotonik jolinear. Krahasuar me LN, LT ka një prag më të lartë të dëmtimit optik dhe një dritare më të gjerë të transparencës optike [4, 5], megjithëse parametrat e tij optikë, si indeksi i thyerjes dhe koeficientët jolinearë, janë të ngjashëm me ato të LN [6, 7]. Kështu, LToI shquhet si një tjetër material kandidat i fortë për aplikimet fotonike jolineare me fuqi të lartë optike. Për më tepër, LToI po bëhet një material parësor për pajisjet e filtrit me valë akustike sipërfaqësore (SAW), i zbatueshëm në teknologjitë celulare dhe pa tel me shpejtësi të lartë. Në këtë kontekst, vaferat LToI mund të bëhen materiale më të zakonshme për aplikime fotonike. Megjithatë, deri më sot, janë raportuar vetëm disa pajisje fotonike të bazuara në LToI, të tilla si rezonatorët e mikrodiskut [8] dhe ndërruesit e fazës elektro-optike [9]. Në këtë punim, ne paraqesim një përcjellës valësh LToI me humbje të ulët dhe aplikimin e tij në një rezonator unazor. Për më tepër, ne ofrojmë karakteristikat χ(3) jolineare të valëvit LToI.
Pikat kryesore:
• Ofrimi i vaferave LToI 4 inç deri në 6 inç, vafera tantalate litium me film të hollë, me trashësi të shtresës së sipërme që variojnë nga 100 nm deri në 1500 nm, duke përdorur teknologjinë vendase dhe procese të pjekura.
• SINOI: Vaferë me shtresë të hollë silikoni me humbje jashtëzakonisht të ulët.
• SICOI: Nënshtresa me shtresë të hollë gjysmëizoluese të karbitit të silikonit me pastërti të lartë për qarqet e integruara fotonike të karbitit të silikonit.
• LTOI: Një konkurrent i fortë i niobatit të litiumit, vaferave tantalate të litiumit me shtresë të hollë.
• LNOI: LNOI 8 inç që mbështet prodhimin masiv të produkteve të niobatit të litiumit me shtresë të hollë në shkallë më të gjerë.
Prodhimi në përcjellës valësh izolues:Në këtë studim, ne përdorëm vafera LToI 4 inç. Shtresa e sipërme LT është një substrat komercial LT me prerje Y me rrotullim 42° për pajisjet SAW, i cili lidhet drejtpërdrejt me një nënshtresë Si me një shtresë oksidi termik 3 µm të trashë, duke përdorur një proces prerjeje inteligjente. Figura 1(a) tregon një pamje të sipërme të vaferit LToI, me trashësinë e shtresës së sipërme LT prej 200 nm. Ne vlerësuam vrazhdësinë e sipërfaqes së shtresës së sipërme LT duke përdorur mikroskopin e forcës atomike (AFM).
Figura 1.(a) Pamja e sipërme e vaferës LToI, (b) imazhi AFM i sipërfaqes së shtresës së sipërme LT, (c) imazhi PFM i sipërfaqes së shtresës së sipërme LT, (d) Prerja skematike e tërthortë e valëzuesit LToI, (e) Llogaritja e profilit themelor të modalitetit TE dhe (f) imazhi SEM i bërthamës së valëve LToI përpara depozitimit të mbishtresës SiO2. Siç tregohet në figurën 1 (b), vrazhdësia e sipërfaqes është më e vogël se 1 nm dhe nuk janë vërejtur vija gërvishtëse. Për më tepër, ne ekzaminuam gjendjen e polarizimit të shtresës së sipërme LT duke përdorur mikroskopin e forcës së reagimit piezoelektrik (PFM), siç përshkruhet në Figurën 1 (c). Ne konfirmuam se polarizimi uniform u ruajt edhe pas procesit të lidhjes.
Duke përdorur këtë substrat LToI, ne kemi fabrikuar valëzuesin si më poshtë. Së pari, një shtresë maske metalike u depozitua për gdhendjen pasuese të thatë të LT. Më pas, u krye litografia me rreze elektronike (EB) për të përcaktuar modelin e bërthamës së valëve në majë të shtresës së maskës metalike. Më pas, ne transferuam modelin e rezistencës EB në shtresën e maskës metalike nëpërmjet gravurës së thatë. Më pas, bërthama e përcjellësit të valës LToI u formua duke përdorur gravurë plazmatike të rezonancës së ciklotronit elektronik (ECR). Më në fund, shtresa e maskës metalike u hoq përmes një procesi të lagësht dhe një shtresë SiO2 u depozitua duke përdorur depozitimin e avullit kimik të përmirësuar me plazmë. Figura 1 (d) tregon seksionin tërthor skematik të valëve LToI. Lartësia totale e bërthamës, lartësia e pllakës dhe gjerësia e bërthamës janë përkatësisht 200 nm, 100 nm dhe 1000 nm. Vini re se gjerësia e bërthamës zgjerohet në 3 µm në skajin e valëve për bashkimin e fibrave optike.
Figura 1 (e) paraqet shpërndarjen e llogaritur të intensitetit optik të modalitetit themelor tërthor elektrik (TE) në 1550 nm. Figura 1 (f) tregon imazhin e mikroskopit elektronik të skanimit (SEM) të bërthamës së valëve LToI përpara depozitimit të mbivendosjes SiO2.
Karakteristikat e përcjellësit të valës:Fillimisht vlerësuam karakteristikat lineare të humbjes duke futur dritë të polarizuar TE nga një burim emetimi spontan i përforcuar me gjatësi vale 1550 nm në valëzuesit LToI me gjatësi të ndryshme. Humbja e përhapjes është marrë nga pjerrësia e marrëdhënies midis gjatësisë së valëve dhe transmetimit në çdo gjatësi vale. Humbjet e matura të përhapjes ishin 0.32, 0.28 dhe 0.26 dB/cm në 1530, 1550 dhe 1570 nm, përkatësisht, siç tregohet në Figurën 2 (a). Drejtuesit e valëve LToI të fabrikuara shfaqën performancë të krahasueshme me humbje të ulëta me përcjellësit e valëve LNoI më të fundit [10].
Më pas, ne vlerësuam jolinearitetin χ(3) përmes konvertimit të gjatësisë valore të krijuar nga një proces përzierjeje me katër valë. Ne futim një dritë të pompës me valë të vazhdueshme në 1550,0 nm dhe një dritë sinjali në 1550,6 nm në një valëdhënës të gjatë 12 mm. Siç tregohet në Figurën 2 (b), intensiteti i sinjalit të valës së dritës të konjuguar fazë-fazore (boshe) u rrit me rritjen e fuqisë hyrëse. Futja në figurën 2 (b) tregon spektrin tipik të daljes së përzierjes me katër valë. Nga marrëdhënia midis fuqisë hyrëse dhe efikasitetit të konvertimit, ne vlerësuam parametrin jolinear (γ) të jetë afërsisht 11 W^-1m.
Figura 3.(a) Imazhi me mikroskop i rezonatorit të unazës së fabrikuar. (b) Spektrat e transmetimit të rezonatorit unazor me parametra të ndryshëm të hendekut. (c) Spektri i transmetimit i matur dhe i përshtatur me Lorencian i rezonatorit të unazës me një hendek prej 1000 nm.
Më pas, ne fabrikuam një rezonator unazor LToI dhe vlerësuam karakteristikat e tij. Figura 3 (a) tregon imazhin e mikroskopit optik të rezonatorit unazor të fabrikuar. Rezonatori i unazës përmban një konfigurim "pistë garash", i përbërë nga një rajon i lakuar me një rreze prej 100 µm dhe një rajon i drejtë 100 µm në gjatësi. Gjerësia e boshllëkut midis unazës dhe bërthamës së valëdhënësit të autobusit ndryshon në rritje prej 200 nm, veçanërisht në 800, 1000 dhe 1200 nm. Figura 3 (b) tregon spektrat e transmetimit për çdo hendek, duke treguar se raporti i zhdukjes ndryshon me madhësinë e hendekut. Nga këto spektra, ne përcaktuam se hendeku 1000 nm siguron kushte pothuajse kritike të bashkimit, pasi shfaq raportin më të lartë të zhdukjes prej -26 dB.
Duke përdorur rezonatorin e çiftuar në mënyrë kritike, ne vlerësuam faktorin e cilësisë (faktori Q) duke përshtatur spektrin linear të transmetimit me një kurbë Lorencian, duke marrë një faktor të brendshëm Q prej 1.1 milion, siç tregohet në Figurën 3 (c). Sipas njohurive tona, ky është demonstrimi i parë i një rezonatori unazor LToI të shoqëruar me valë-valë. Veçanërisht, vlera e faktorit Q që kemi arritur është dukshëm më e lartë se ajo e rezonatorëve të mikrodiskut LToI të lidhur me fibra [9].
konkluzioni:Ne zhvilluam një përcjellës valësh LToI me një humbje prej 0,28 dB/cm në 1550 nm dhe një faktor rezonator unazor Q prej 1,1 milion. Performanca e përftuar është e krahasueshme me atë të teknologjisë më të fundit të valëve LNoI me humbje të ulëta. Për më tepër, ne hetuam jolinearitetin χ(3) të valëve të prodhuar LToI për aplikacionet jolineare në çip.
Koha e postimit: Nëntor-20-2024