Santrauka:Sukūrėme 1550 nm izoliatoriaus pagrindu pagamintą ličio tantalato bangolaidį, kurio nuostoliai yra 0,28 dB/cm, o žiedo rezonatoriaus kokybės koeficientas – 1,1 mln. Ištirtas χ(3) netiesiškumo taikymas netiesinėje fotonikoje. Ličio niobato izoliatoriuje (LNoI), pasižyminčio puikiomis χ(2) ir χ(3) netiesinėmis savybėmis bei stipriu optiniu izoliavimu dėl „izoliatoriaus“ struktūros, pranašumai lėmė didelę pažangą bangolaidžių technologijoje, skirtoje itin greitam greičiui. moduliatoriai ir integruotoji netiesinė fotonika [1-3]. Be LN, ličio tantalatas (LT) taip pat buvo tiriamas kaip netiesinė fotoninė medžiaga. Palyginti su LN, LT turi aukštesnį optinio pažeidimo slenkstį ir platesnį optinio skaidrumo langą [4, 5], nors jo optiniai parametrai, tokie kaip lūžio rodiklis ir netiesiniai koeficientai, yra panašūs į LN [6, 7]. Taigi, LToI išsiskiria kaip dar viena stipri medžiaga, skirta didelės optinės galios netiesinėms fotoninėms programoms. Be to, LToI tampa pagrindine paviršinių akustinių bangų (SAW) filtravimo įrenginių medžiaga, taikoma didelės spartos mobiliojo ryšio ir belaidėse technologijose. Šiame kontekste LToI plokštelės gali tapti įprastesnėmis medžiagomis fotoninėms reikmėms. Tačiau iki šiol buvo pranešta apie tik keletą fotoninių įrenginių, pagrįstų LToI, pavyzdžiui, mikrodisko rezonatoriais [8] ir elektrooptiniais fazių keitikliais [9]. Šiame darbe pristatome mažo nuostolio LToI bangolaidį ir jo pritaikymą žiediniame rezonatoriuje. Be to, pateikiame netiesines LToI bangolaidžio charakteristikas χ (3).
Pagrindiniai taškai:
• Siūlomos 4–6 colių LToI plokštelės, plonasluoksnės ličio tantalato plokštelės, kurių viršutinio sluoksnio storis svyruoja nuo 100 nm iki 1500 nm, naudojant vietines technologijas ir brandžius procesus.
• SINOI: itin mažo nuostolio silicio nitrido plonasluoksnės plokštelės.
• SICOI: didelio grynumo pusiau izoliuojantis silicio karbido plonasluoksnis substratas, skirtas silicio karbido fotoninėms integrinėms grandinėms.
• LTOI: stiprus ličio niobato, plonasluoksnių ličio tantalato plokštelių konkurentas.
• LNOI: 8 colių LNOI, skirtas masinei didesnio masto plonasluoksnių ličio niobato produktų gamybai.
Gamyba iš izoliatorių bangolaidžių:Šiame tyrime naudojome 4 colių LToI plokšteles. Viršutinis LT sluoksnis yra komercinis 42° pasuktas Y-cut LT substratas, skirtas SAW įrenginiams, kuris yra tiesiogiai prijungtas prie Si substrato su 3 µm storio terminio oksido sluoksniu, naudojant išmanų pjovimo procesą. 1(a) paveiksle parodytas LToI plokštelės vaizdas iš viršaus, kai viršutinio LT sluoksnio storis yra 200 nm. Viršutinio LT sluoksnio paviršiaus šiurkštumą įvertinome naudojant atominės jėgos mikroskopiją (AFM).
1 pav.a) LToI plokštelės vaizdas iš viršaus, b) viršutinio LT sluoksnio paviršiaus AFM vaizdas, c) viršutinio LT sluoksnio paviršiaus PFM vaizdas, d) scheminis LToI bangolaidžio skerspjūvis, (e) Apskaičiuotas pagrindinis TE režimo profilis ir (f) LToI bangolaidžio šerdies SEM vaizdas prieš SiO2 viršutinio sluoksnio nusodinimą. Kaip parodyta 1 paveiksle (b), paviršiaus šiurkštumas yra mažesnis nei 1 nm, o įbrėžimų linijų nepastebėta. Be to, mes ištyrėme viršutinio LT sluoksnio poliarizacijos būseną naudodami pjezoelektrinės atsako jėgos mikroskopiją (PFM), kaip parodyta 1 paveiksle (c). Patvirtinome, kad vienoda poliarizacija išliko net ir po sujungimo.
Naudodami šį LToI substratą, bangolaidį pagaminome taip. Pirmiausia buvo nusodintas metalinės kaukės sluoksnis, kad vėliau būtų galima sausai ėsdinti LT. Tada buvo atlikta elektronų pluošto (EB) litografija, siekiant apibrėžti bangolaidžio šerdies modelį ant metalinės kaukės sluoksnio. Tada sauso ėsdinimo būdu perkėlėme EB atsparumo modelį į metalinės kaukės sluoksnį. Vėliau LToI bangolaidžio šerdis buvo suformuota naudojant elektronų ciklotrono rezonanso (ECR) plazmos ėsdinimą. Galiausiai metalinės kaukės sluoksnis buvo pašalintas šlapiuoju būdu, o SiO2 sluoksnis buvo nusodintas naudojant plazmos pagerintą cheminį garų nusodinimą. 1 paveiksle (d) parodytas scheminis LToI bangolaidžio skerspjūvis. Bendras šerdies aukštis, plokštės aukštis ir šerdies plotis yra atitinkamai 200 nm, 100 nm ir 1000 nm. Atkreipkite dėmesį, kad optinio pluošto sujungimui šerdies plotis išplečiamas iki 3 µm bangolaidžio krašte.
1 paveiksle (e) parodytas apskaičiuotas pagrindinio skersinio elektrinio (TE) režimo optinio intensyvumo pasiskirstymas esant 1550 nm. 1 paveiksle (f) parodytas LToI bangolaidžio šerdies skenuojančio elektroninio mikroskopo (SEM) vaizdas prieš SiO2 sluoksnio nusodinimą.
Bangolaidžio charakteristikos:Pirmiausia įvertinome linijinių nuostolių charakteristikas, įvesdami TE poliarizuotą šviesą iš 1550 nm bangos ilgio sustiprinto spontaniško spinduliavimo šaltinio į įvairaus ilgio LToI bangolaidžius. Sklidimo nuostoliai buvo gauti iš bangolaidžio ilgio ir perdavimo kiekviename bangos ilgyje santykio nuolydžio. Išmatuoti sklidimo nuostoliai buvo atitinkamai 0,32, 0,28 ir 0,26 dB/cm esant 1530, 1550 ir 1570 nm, kaip parodyta 2 paveiksle (a). Pagamintų LToI bangolaidžių našumas buvo panašus į naujausius LNoI bangolaidžius [10].
Tada įvertinome χ (3) netiesiškumą per bangos ilgio konversiją, sukurtą keturių bangų maišymo proceso metu. Į 12 mm ilgio bangolaidį įvedame nuolatinės bangos siurblio šviesą esant 1550,0 nm ir signalinę lemputę ties 1550,6 nm. Kaip parodyta 2 paveiksle (b), fazės konjuguoto (laisvosios eigos) šviesos bangos signalo intensyvumas padidėjo didėjant įvesties galiai. 2 paveikslo (b) įdėklas rodo tipinį keturių bangų maišymo išvesties spektrą. Pagal ryšį tarp įvesties galios ir konversijos efektyvumo, mes įvertinome netiesinį parametrą (γ) maždaug 11 W^-1m.
3 pav.a ) Pagaminto žiedo rezonatoriaus vaizdas iš mikroskopo. b) žiedinio rezonatoriaus perdavimo spektrai su įvairiais tarpo parametrais. c ) Išmatuotas ir Lorenco pritaikytas žiedinio rezonatoriaus, kurio tarpas yra 1000 nm, perdavimo spektras.
Tada mes pagaminome LToI žiedo rezonatorių ir įvertinome jo charakteristikas. 3 paveiksle (a) parodytas pagaminto žiedo rezonatoriaus optinio mikroskopo vaizdas. Žiedo rezonatorius turi „lenktynių trasos“ konfigūraciją, kurią sudaro lenkta sritis, kurios spindulys yra 100 µm, ir tiesi sritis, kurios ilgis yra 100 µm. Tarpo plotis tarp žiedo ir magistralės bangolaidžio šerdies kinta 200 nm žingsniu, ypač esant 800, 1000 ir 1200 nm. 3 paveiksle (b) rodomi kiekvieno tarpo perdavimo spektrai, rodantys, kad išnykimo santykis keičiasi priklausomai nuo tarpo dydžio. Iš šių spektrų nustatėme, kad 1000 nm tarpas suteikia beveik kritines sujungimo sąlygas, nes jis pasižymi didžiausiu -26 dB ekstinkcijos koeficientu.
Naudodami kritiškai susietą rezonatorių, įvertinome kokybės koeficientą (Q koeficientą), pritaikydami tiesinį perdavimo spektrą su Lorentzio kreive, gaudami vidinį Q koeficientą 1, 1 milijono, kaip parodyta 3 paveiksle (c). Mūsų žiniomis, tai pirmasis su bangolaidžiu sujungto LToI žiedo rezonatoriaus demonstravimas. Pažymėtina, kad mūsų pasiekta Q faktoriaus vertė yra žymiai didesnė nei su pluoštu sujungtų LToI mikrodisko rezonatorių [9].
Išvada:Sukūrėme LToI bangolaidį, kurio nuostoliai yra 0,28 dB/cm esant 1550 nm, o žiedo rezonatoriaus Q koeficientas – 1,1 mln. Gautas našumas yra panašus į naujausių mažo nuostolio LNoI bangolaidžių našumą. Be to, mes ištyrėme pagaminto LToI bangolaidžio χ (3) netiesiškumą, skirtą netiesiniams lustams.
Paskelbimo laikas: 2024-11-20