Аннотация:Біз 1550 нм изолятор негізіндегі литий танталатты толқын өткізгішін 0,28 дБ/см жоғалту және 1,1 миллион сақиналы резонатор сапа коэффициентімен жасадық. Сызықты емес фотоникада χ(3) бейсызықты қолдану зерттелді. Литий ниобатының изолятордағы (LNoI) артықшылықтары, ол «оқшаулағышқа қосулы» құрылымына байланысты күшті оптикалық шектеумен қатар тамаша χ(2) және χ(3) сызықты емес қасиеттерді көрсетеді, ультра жылдам толқынды бағыттау технологиясында елеулі жетістіктерге әкелді. модуляторлар және интегралды сызықты емес фотоника [1-3]. LN-ден басқа, литий танталат (LT) де сызықты емес фотонды материал ретінде зерттелген. LN-мен салыстырғанда LT оптикалық зақымдану шегі жоғарырақ және оптикалық мөлдірлік терезесі кеңірек [4, 5], дегенмен оның оптикалық параметрлері, мысалы, сыну көрсеткіші және сызықты емес коэффициенттер LN [6, 7] сияқты. Осылайша, LToI жоғары оптикалық қуатты сызықты емес фотоникалық қосымшалар үшін тағы бір күшті үміткер материал ретінде ерекшеленеді. Сонымен қатар, LToI жоғары жылдамдықты мобильді және сымсыз технологияларда қолданылатын беттік акустикалық толқын (SAW) сүзгі құрылғылары үшін негізгі материалға айналуда. Осы тұрғыда LToI пластиналары фотоникалық қолданбалар үшін кең таралған материалдарға айналуы мүмкін. Дегенмен, бүгінгі күні микродискілік резонаторлар [8] және электрооптикалық фазалық ығыстырғыштар [9] сияқты LToI негізіндегі бірнеше фотонды құрылғылар ғана хабарланды. Бұл жұмыста біз LToI аз шығынды толқын өткізгішін және оның сақиналы резонаторда қолданылуын ұсынамыз. Сонымен қатар, біз LToI толқын өткізгішінің χ(3) сызықты емес сипаттамаларын береміз.
Негізгі нүктелер:
• 4 дюймден 6 дюймге дейінгі LToI пластинкаларын, жоғарғы қабатының қалыңдығы 100 нм-ден 1500 нм-ге дейінгі аралықтағы жұқа қабықшалы литий танталатты вафлилерді, отандық технология мен жетілген процестерді пайдалана отырып ұсынады.
• SINOI: өте төмен жоғалту кремний нитриді жұқа үлбірлі пластиналар.
• SICOI: кремний карбидінің фотонды интегралдық схемаларына арналған жоғары таза жартылай оқшаулағыш кремний карбиді жұқа қабық астары.
• LTOI: Литий ниобатына, жұқа қабықшалы литий танталат пластинкаларына күшті бәсекелес.
• LNOI: 8 дюймдік LNOI ірі масштабты жұқа үлбірлі литий ниобат өнімдерінің жаппай өндірісін қолдайтын.
Оқшаулағыш толқын өткізгіштерде өндіру:Бұл зерттеуде біз 4 дюймдік LToI пластинкаларын қолдандық. Үстіңгі LT қабаты SAW құрылғыларына арналған коммерциялық 42° бұрылатын Y-кесілген LT субстраты болып табылады, ол ақылды кесу процесін қолдана отырып, қалыңдығы 3 мкм термиялық оксид қабаты бар Si субстратына тікелей қосылады. 1(а) суретте LT қабатының қалыңдығы 200 нм болатын LToI пластинаның жоғарғы көрінісі көрсетілген. Біз атомдық күшті микроскопияның (AFM) көмегімен жоғарғы LT қабатының бетінің кедір-бұдырлығын бағаладық.
1-сурет.(a) LToI пластинаның үстіңгі көрінісі, (b) жоғарғы LT қабатының бетінің AFM кескіні, (c) жоғарғы LT қабатының бетінің PFM кескіні, (d) LToI толқын өткізгішінің схемалық көлденең қимасы, (e) есептелген іргелі TE режимінің профилі және (f) SiO2 қабатының тұндырылуына дейінгі LToI толқын өткізгіш ядросының SEM кескіні. 1 (b) суретте көрсетілгендей, беттің кедір-бұдырлығы 1 нм-ден аз және сызат сызықтары байқалған жоқ. Сонымен қатар, біз 1 (c) суретте көрсетілгендей пьезоэлектрлік жауап күші микроскопиясының (PFM) көмегімен жоғарғы LT қабатының поляризация күйін зерттедік. Байланыс процесінен кейін де біркелкі поляризация сақталғанын растадық.
Осы LToI субстратын қолдана отырып, біз толқын өткізгішін келесідей дайындадық. Біріншіден, LT-ны кейіннен құрғақ оюлау үшін металл маска қабаты қойылды. Содан кейін металл бетперде қабатының жоғарғы жағындағы толқын өткізгіш өзек үлгісін анықтау үшін электронды сәуле (EB) литографиясы орындалды. Әрі қарай, біз құрғақ ою арқылы EB қарсылық үлгісін металл маска қабатына ауыстырдық. Одан кейін электронды циклотрондық резонанс (ECR) плазмалық өрнектеу арқылы LToI толқын өткізгішінің өзегі құрылды. Ақырында, металл маска қабаты дымқыл процесс арқылы жойылды және плазмалық күшейтілген химиялық бу тұндыру арқылы SiO2 қабаты қойылды. 1 (d) суретте LToI толқын өткізгішінің схемалық көлденең қимасы көрсетілген. Жалпы ядро биіктігі, пластинаның биіктігі және өзек ені сәйкесінше 200 нм, 100 нм және 1000 нм. Оптикалық талшықты біріктіру үшін ядроның ені толқын өткізгіш жиегінде 3 мкм дейін кеңейетінін ескеріңіз.
1 (e) суретте 1550 нм негізгі көлденең электрлік (ТЭ) режимінің есептелген оптикалық қарқындылығының таралуы көрсетілген. 1 (f) суретте SiO2 қабатының тұндырылуына дейін LToI толқын өткізгішінің өзегінің сканерлеуші электрондық микроскоптың (SEM) кескіні көрсетілген.
Толқын бағыттағышының сипаттамалары:Біз алдымен сызықтық жоғалту сипаттамаларын әртүрлі ұзындықтағы LToI толқын өткізгіштеріне толқын ұзындығы 1550 нм күшейтілген стихиялық эмиссия көзінен TE-поляризацияланған жарықты енгізу арқылы бағаладық. Таралу шығыны толқын өткізгіш ұзындығы мен әрбір толқын ұзындығындағы беріліс арасындағы қатынастың еңісінен алынды. Өлшенген таралу шығындары 2 (а) суретте көрсетілгендей, 1530, 1550 және 1570 нм кезінде сәйкесінше 0,32, 0,28 және 0,26 дБ/см болды. Жасалған LToI толқын өткізгіштері қазіргі заманғы LNoI толқын өткізгіштерімен салыстырмалы төмен шығынды өнімділікті көрсетті [10].
Әрі қарай, біз төрт толқынды араластыру процесі арқылы жасалған толқын ұзындығын түрлендіру арқылы χ(3) сызықты еместігін бағаладық. Ұзындығы 12 мм толқын өткізгішке 1550,0 нм жиілікте үздіксіз толқынды сорғы жарығын және 1550,6 нм сигнал шамын енгіземіз. 2 (b) суретте көрсетілгендей, фазалық конъюгаттық (бос) жарық толқыны сигналының қарқындылығы кіріс қуатының артуымен өсті. 2 (b)-суреттегі кірістірілген төрт толқынды араластырудың әдеттегі шығыс спектрін көрсетеді. Кіріс қуаты мен түрлендіру тиімділігі арасындағы қатынастан біз сызықты емес параметрді (γ) шамамен 11 Вт^-1м деп бағаладық.
3-сурет.(а) Жасалған сақина резонаторының микроскоптағы суреті. (b) Сақина резонаторының әртүрлі саңылау параметрлері бар өткізу спектрлері. (c) 1000 нм саңылаумен сақиналы резонатордың өлшенген және лоренциандық қондырылған өткізу спектрі.
Содан кейін біз LToI сақина резонаторын жасап, оның сипаттамаларын бағаладық. 3 (а) суретте дайындалған сақиналы резонатордың оптикалық микроскоптағы кескіні көрсетілген. Сақина резонаторында радиусы 100 мкм болатын қисық аймақ пен ұзындығы 100 мкм түзу аймақтан тұратын "ипподром" конфигурациясы бар. Сақина мен шина толқын өткізгішінің өзегі арасындағы саңылау ені 200 нм қадаммен өзгереді, әсіресе 800, 1000 және 1200 нм. 3 (b) суретте әр саңылау үшін жіберу спектрлері көрсетілген, бұл саңылау өлшеміне байланысты жойылу коэффициенті өзгеретінін көрсетеді. Осы спектрлерден біз 1000 нм саңылау сыни байланыс жағдайларын қамтамасыз ететінін анықтадық, өйткені ол -26 дБ ең жоғары өшу коэффициентін көрсетеді.
Критикалық байланысқан резонаторды пайдалана отырып, 3 (c) суретте көрсетілгендей 1,1 миллион ішкі Q коэффициентін ала отырып, сызықтық беріліс спектрін Лоренц қисығымен сәйкестендіру арқылы сапа коэффициентін (Q факторы) бағаладық. Біздің білуімізше, бұл толқын өткізгішпен қосылған LToI сақина резонаторының алғашқы көрсетілімі. Атап айтқанда, біз қол жеткізген Q факторының мәні талшықты біріктірілген LToI микродискінің резонаторларына қарағанда айтарлықтай жоғары [9].
Қорытынды:Біз 1550 нм-де 0,28 дБ/см жоғалту және 1,1 миллион сақина резонаторы Q факторы бар LToI толқын өткізгішін жасадық. Алынған өнімділік қазіргі заманғы аз шығынды LNoI толқын өткізгіштерімен салыстырылады. Сонымен қатар, біз чиптегі сызықты емес қолданбалар үшін өндірілген LToI толқын өткізгішінің χ(3) сызықты еместігін зерттедік.
Жіберу уақыты: 20 қараша-2024 ж