Përmbledhje:Ne kemi zhvilluar një valëpërçues tantalati litiumi me bazë izolatori 1550 nm me një humbje prej 0.28 dB/cm dhe një faktor cilësie të rezonatorit unazor prej 1.1 milion. Zbatimi i jolinearitetit χ(3) në fotonikën jolineare është studiuar. Avantazhet e niobatit të litiumit në izolator (LNoI), i cili shfaq veti të shkëlqyera jolineare χ(2) dhe χ(3) së bashku me kufizim të fortë optik për shkak të strukturës së tij "në izolator", kanë çuar në përparime të konsiderueshme në teknologjinë e valëpërçuesve për modulatorët ultra të shpejtë dhe fotonikën jolineare të integruar [1-3]. Përveç LN, tantalati i litiumit (LT) është hetuar gjithashtu si një material fotonik jolinear. Krahasuar me LN, LT ka një prag më të lartë dëmtimi optik dhe një dritare më të gjerë transparence optike [4, 5], megjithëse parametrat e tij optikë, siç janë indeksi i thyerjes dhe koeficientët jolinearë, janë të ngjashëm me ato të LN [6, 7]. Kështu, LToI dallohet si një tjetër material i fortë kandidat për aplikime fotonike jolineare me fuqi të lartë optike. Për më tepër, LToI po bëhet një material parësor për pajisjet e filtrimit të valëve akustike sipërfaqësore (SAW), të zbatueshme në teknologjitë mobile dhe pa tel me shpejtësi të lartë. Në këtë kontekst, pllakat LToI mund të bëhen materiale më të zakonshme për aplikimet fotonike. Megjithatë, deri më sot, janë raportuar vetëm disa pajisje fotonike të bazuara në LToI, siç janë rezonatorët e mikrodiskëve [8] dhe zhvendosësit e fazës elektro-optike [9]. Në këtë punim, ne paraqesim një valëpërçues LToI me humbje të ulët dhe zbatimin e tij në një rezonator unazor. Përveç kësaj, ne ofrojmë karakteristikat jolineare χ(3) të valëpërçuesit LToI.
Pikat kryesore:
• Ofron pllaka LToI 4 deri në 6 inç, pllaka tantalati litiumi me film të hollë, me trashësi të shtresës së sipërme që variojnë nga 100 nm deri në 1500 nm, duke përdorur teknologji vendase dhe procese të përparuara.
• SINOI: Napolitane me film të hollë nitridi silikoni me humbje ultra të ulëta.
• SICOI: Substrate gjysmë-izoluese me film të hollë karbidi silici me pastërti të lartë për qarqet e integruara fotonike të karbidit të silicit.
• LTOI: Një konkurrent i fortë për niobatin e litiumit, pllaka tantalati litiumi me film të hollë.
• LNOI: LNOI 8-inç që mbështet prodhimin masiv të produkteve niobate litiumi me film të hollë në shkallë më të gjerë.
Prodhimi i valëpërçuesve izolues:Në këtë studim, ne përdorëm pllaka LToI 4 inç. Shtresa e sipërme LT është një substrat komercial LT i prerë në formë Y i rrotulluar 42° për pajisjet SAW, i cili është i lidhur direkt me një substrat Si me një shtresë oksidi termik me trashësi 3 µm, duke përdorur një proces prerjeje inteligjente. Figura 1(a) tregon një pamje nga lart të pllakave LToI, me trashësi të shtresës së sipërme LT prej 200 nm. Ne vlerësuam vrazhdësinë sipërfaqësore të shtresës së sipërme LT duke përdorur mikroskopinë e forcës atomike (AFM).
Figura 1.(a) Pamje nga lart e pllakës LToI, (b) Imazh AFM i sipërfaqes së shtresës së sipërme LT, (c) Imazh PFM i sipërfaqes së shtresës së sipërme LT, (d) Prerje tërthore skematike e valëpërçuesit LToI, (e) Profili themelor i modalitetit TE i llogaritur, dhe (f) Imazh SEM i bërthamës së valëpërçuesit LToI para depozitimit të shtresës mbivendosëse SiO2. Siç tregohet në Figurën 1 (b), vrazhdësia e sipërfaqes është më pak se 1 nm, dhe nuk u vunë re vija gërvishtjeje. Përveç kësaj, ne shqyrtuam gjendjen e polarizimit të shtresës së sipërme LT duke përdorur mikroskopinë e forcës së përgjigjes piezoelektrike (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 e prodhuam valëpërçuesin si më poshtë. Së pari, u depozitua një shtresë maske metalike për gdhendje të thatë të mëvonshme të LT-së. Më pas, u krye litografia me rreze elektronike (EB) për të përcaktuar modelin e bërthamës së valëpërçuesit sipër shtresës së maskës metalike. Më pas, ne e transferuam modelin e rezistencës EB në shtresën e maskës metalike nëpërmjet gdhendjes së thatë. Më pas, bërthama e valëpërçuesit LToI u formua duke përdorur gdhendje plazme me rezonancë ciklotronike elektronike (ECR). Së fundmi, shtresa e maskës metalike u hoq nëpërmjet një procesi të lagësht dhe një shtresë mbivendosëse SiO2 u depozitua duke përdorur depozitim kimik të avullit të përforcuar me plazmë. Figura 1 (d) tregon prerjen skematike tërthore të valëpërçuesit 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 valëpërçuesit për bashkimin e fibrave optike.
Figura 1 (e) tregon shpërndarjen e llogaritur të intensitetit optik të modalitetit themelor elektrik tërthor (TE) në 1550 nm. Figura 1 (f) tregon imazhin e mikroskopit elektronik skanues (SEM) të bërthamës së valëpërçuesit LToI para depozitimit të shtresës së sipërme SiO2.
Karakteristikat e valëpërçuesit:Së pari, ne vlerësuam karakteristikat e humbjes lineare duke futur dritë të polarizuar TE nga një burim emetimi spontan i amplifikuar me gjatësi vale 1550 nm në valëpërçuesit LToI me gjatësi të ndryshme. Humbja e përhapjes u mor nga pjerrësia e marrëdhënies midis gjatësisë së valëpërçuesit dhe transmetimit në secilën 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). Valëpërçuesit LToI të prodhuar shfaqën performancë të krahasueshme me humbje të ulëta me valëpërçuesit LNoI të teknologjisë së fundit [10].
Më pas, ne vlerësuam jolinearitetin χ(3) përmes konvertimit të gjatësisë së valës të gjeneruar nga një proces përzierjeje me katër valë. Ne futëm një dritë pompe me valë të vazhdueshme në 1550.0 nm dhe një dritë sinjali në 1550.6 nm në një valëudhëzues me gjatësi 12 mm. Siç tregohet në Figurën 2 (b), intensiteti i sinjalit të valës së dritës së konjugatit të fazës (bosht) u rrit me rritjen e fuqisë hyrëse. Figura e futur 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 se parametri jolinear (γ) është afërsisht 11 W^-1m.
Figura 3.(a) Imazh mikroskopik i rezonatorit unazor të prodhuar. (b) Spektrat e transmetimit të rezonatorit unazor me parametra të ndryshëm të boshllëkut. (c) Spektri i transmetimit i matur dhe i përshtatur sipas rregullave Lorencian të rezonatorit unazor me një boshllëk prej 1000 nm.
Më pas, ne ndërtuam një rezonator unazor LToI dhe vlerësuam karakteristikat e tij. Figura 3 (a) tregon imazhin e mikroskopit optik të rezonatorit unazor të ndërtuar. Rezonatori unazor paraqet një konfigurim "pistë garash", i përbërë nga një rajon i lakuar me një rreze prej 100 µm dhe një rajon i drejtë me gjatësi 100 µm. Gjerësia e boshllëkut midis unazës dhe bërthamës së valëpërçuesit të autobusit ndryshon në rritje prej 200 nm, konkretisht në 800, 1000 dhe 1200 nm. Figura 3 (b) tregon spektrat e transmetimit për secilin boshllëk, duke treguar se raporti i zhdukjes ndryshon me madhësinë e boshllëkut. Nga këto spektra, ne përcaktuam se boshllëku 1000 nm ofron kushte pothuajse kritike të çiftëzimit, pasi shfaq raportin më të lartë të zhdukjes prej -26 dB.
Duke përdorur rezonatorin e lidhur në mënyrë kritike, ne vlerësuam faktorin e cilësisë (faktorin Q) duke përshtatur spektrin linear të transmetimit me një kurbë Lorenciane, duke marrë një faktor Q të brendshëm prej 1.1 milion, siç tregohet në Figurën 3 (c). Sipas njohurive tona, ky është demonstrimi i parë i një rezonatori unazor LToI të lidhur me valëpërçues. Veçanërisht, vlera e faktorit Q që arritëm është dukshëm më e lartë se ajo e rezonatorëve të mikrodiskeve LToI të lidhur me fibra [9].
Përfundim:Ne zhvilluam një valëpërçues LToI me një humbje prej 0.28 dB/cm në 1550 nm dhe një faktor Q të rezonatorit unazor prej 1.1 milion. Performanca e përftuar është e krahasueshme me atë të valëpërçuesve LNoI me humbje të ulët të teknologjisë së fundit. Përveç kësaj, ne hetuam jolinearitetin χ(3) të valëpërçuesit LToI të prodhuar për aplikime jolineare në çip.
Koha e postimit: 20 nëntor 2024