Crynodeb:Rydym wedi datblygu tondywysydd lithiwm tantalat 1550 nm wedi'i seilio ar inswleiddiwr gyda cholled o 0.28 dB/cm a ffactor ansawdd atseinydd cylch o 1.1 miliwn. Astudiwyd cymhwyso anlinoledd χ(3) mewn ffotonig anlinol. Mae manteision niobad lithiwm ar inswleiddiwr (LNoI), sy'n arddangos priodweddau anlinol χ(2) a χ(3) rhagorol ynghyd â chyfyngiad optegol cryf oherwydd ei strwythur "inswleiddiwr-ymlaen", wedi arwain at ddatblygiadau sylweddol mewn technoleg tondywysydd ar gyfer modiwleidyddion cyflym iawn a ffotonig anlinol integredig [1-3]. Yn ogystal â LN, mae tantalat lithiwm (LT) hefyd wedi'i ymchwilio fel deunydd ffotonig anlinol. O'i gymharu â LN, mae gan LT drothwy difrod optegol uwch a ffenestr tryloywder optegol ehangach [4, 5], er bod ei baramedrau optegol, megis mynegai plygiannol a chyfernodau anlinol, yn debyg i rai LN [6, 7]. Felly, mae LToI yn sefyll allan fel deunydd ymgeisydd cryf arall ar gyfer cymwysiadau ffotonig anlinellol pŵer optegol uchel. Ar ben hynny, mae LToI yn dod yn ddeunydd sylfaenol ar gyfer dyfeisiau hidlo tonnau acwstig arwyneb (SAW), sy'n berthnasol mewn technolegau symudol a diwifr cyflym. Yn y cyd-destun hwn, gall wafferi LToI ddod yn ddeunyddiau mwy cyffredin ar gyfer cymwysiadau ffotonig. Fodd bynnag, hyd yn hyn, dim ond ychydig o ddyfeisiau ffotonig yn seiliedig ar LToI sydd wedi'u hadrodd, megis atseinyddion microddisg [8] a newidwyr cyfnod electro-optig [9]. Yn y papur hwn, rydym yn cyflwyno tonganllaw LToI colled isel a'i gymhwysiad mewn atseinydd cylch. Yn ogystal, rydym yn darparu nodweddion anlinellol χ(3) y tonganllaw LToI.
Pwyntiau Allweddol:
• Yn cynnig wafferi LToI 4 modfedd i 6 modfedd, wafferi lithiwm tantalate ffilm denau, gyda thrwch haen uchaf yn amrywio o 100 nm i 1500 nm, gan ddefnyddio technoleg ddomestig a phrosesau aeddfed.
• SINOI: Waferi ffilm denau silicon nitrid colled isel iawn.
• SICOI: Swbstradau ffilm denau silicon carbid lled-inswleiddio purdeb uchel ar gyfer cylchedau integredig ffotonig silicon carbid.
• LTOI: Cystadleuydd cryf i lithiwm niobate, waferi lithiwm tantalate ffilm denau.
• LNOI: LNOI 8 modfedd sy'n cefnogi cynhyrchu màs cynhyrchion lithiwm niobate ffilm denau ar raddfa fwy.
Gweithgynhyrchu ar Dywysyddion Ton Inswleiddio:Yn yr astudiaeth hon, fe wnaethom ddefnyddio wafferi LToI 4 modfedd. Mae'r haen LT uchaf yn swbstrad LT masnachol wedi'i dorri â Y wedi'i gylchdroi 42° ar gyfer dyfeisiau SAW, sydd wedi'i fondio'n uniongyrchol i swbstrad Si gyda haen ocsid thermol 3 µm o drwch, gan ddefnyddio proses dorri glyfar. Mae Ffigur 1(a) yn dangos golygfa uchaf o'r waffer LToI, gyda thrwch yr haen LT uchaf o 200 nm. Fe wnaethom asesu garwedd arwyneb yr haen LT uchaf gan ddefnyddio microsgopeg grym atomig (AFM).
Ffigur 1.(a) Golwg uchaf o'r wafer LToI, (b) Delwedd AFM o wyneb yr haen LT uchaf, (c) Delwedd PFM o wyneb yr haen LT uchaf, (d) Trawstoriad sgematig o'r tondywysydd LToI, (e) Proffil modd TE sylfaenol wedi'i gyfrifo, a (f) Delwedd SEM o graidd y tondywysydd LToI cyn dyddodiad haen dros y draen SiO2. Fel y dangosir yn Ffigur 1 (b), mae garwedd yr wyneb yn llai nag 1 nm, ac ni welwyd unrhyw linellau crafu. Yn ogystal, archwiliwyd cyflwr polareiddio'r haen LT uchaf gan ddefnyddio microsgopeg grym ymateb piezoelectrig (PFM), fel y dangosir yn Ffigur 1 (c). Cadarnhawyd bod polareiddio unffurf wedi'i gynnal hyd yn oed ar ôl y broses fondio.
Gan ddefnyddio'r swbstrad LToI hwn, fe wnaethom ni greu'r ton-dywysydd fel a ganlyn. Yn gyntaf, dyddodwyd haen masg fetel ar gyfer ysgythru sych dilynol o'r LT. Yna, perfformiwyd lithograffeg trawst electron (EB) i ddiffinio patrwm craidd y ton-dywysydd ar ben yr haen masg fetel. Nesaf, fe wnaethom drosglwyddo'r patrwm gwrthiant EB i'r haen masg fetel trwy ysgythru sych. Wedi hynny, ffurfiwyd craidd y ton-dywysydd LToI gan ddefnyddio ysgythru plasma cyseiniant cyclotron electron (ECR). Yn olaf, tynnwyd yr haen masg fetel trwy broses wlyb, a dyddodwyd haen dros SiO2 gan ddefnyddio dyddodiad anwedd cemegol wedi'i wella â plasma. Mae Ffigur 1 (d) yn dangos y trawsdoriad sgematig o'r ton-dywysydd LToI. Cyfanswm uchder y craidd, uchder y plât, a lled y craidd yw 200 nm, 100 nm, a 1000 nm, yn y drefn honno. Sylwch fod lled y craidd yn ehangu i 3 µm ar ymyl y ton-dywysydd ar gyfer cyplu ffibr optegol.
Mae Ffigur 1 (e) yn dangos y dosbarthiad dwyster optegol cyfrifedig o'r modd trydan traws sylfaenol (TE) ar 1550 nm. Mae Ffigur 1 (f) yn dangos delwedd microsgop electron sganio (SEM) o graidd ton-dywysydd LToI cyn dyddodiad yr haen dros ben SiO2.
Nodweddion Tonfedd:Yn gyntaf, fe wnaethom werthuso'r nodweddion colled llinol trwy fewnbynnu golau wedi'i bolareiddio gan TE o ffynhonnell allyriadau digymell wedi'i chwyddo â thonfedd 1550 nm i mewn i dywyswyr tonnau LToI o wahanol hydau. Cafwyd y golled lledaeniad o lethr y berthynas rhwng hyd y dywysydd tonnau a throsglwyddiad ar bob tonfedd. Roedd y colledion lledaeniad a fesurwyd yn 0.32, 0.28, a 0.26 dB/cm ar 1530, 1550, a 1570 nm, yn y drefn honno, fel y dangosir yn Ffigur 2 (a). Dangosodd y tywyswyr tonnau LToI a gynhyrchwyd berfformiad colled isel cymharol i dywyswyr tonnau LNoI o'r radd flaenaf [10].
Nesaf, fe wnaethom asesu'r anlinoledd χ(3) drwy'r trawsnewidiad tonfedd a gynhyrchwyd gan broses gymysgu pedair ton. Fe wnaethom fewnbynnu golau pwmp ton barhaus ar 1550.0 nm a golau signal ar 1550.6 nm i mewn i dondywysydd 12 mm o hyd. Fel y dangosir yn Ffigur 2 (b), cynyddodd dwyster signal y don golau cyfnod-cyfun (segur) gyda chynnydd yn y pŵer mewnbwn. Mae'r mewnosodiad yn Ffigur 2 (b) yn dangos y sbectrwm allbwn nodweddiadol ar gyfer y cymysgu pedair ton. O'r berthynas rhwng pŵer mewnbwn ac effeithlonrwydd trosi, fe wnaethom amcangyfrif bod y paramedr anlinol (γ) tua 11 W^-1m.
Ffigur 3.(a) Delwedd microsgop o'r atseinydd cylch a gynhyrchwyd. (b) Sbectrwm trawsyrru'r atseinydd cylch gyda gwahanol baramedrau bwlch. (c) Sbectrwm trawsyrru wedi'i fesur a'i ffitio â Lorentzian o'r atseinydd cylch gyda bwlch o 1000 nm.
Nesaf, fe wnaethom ni greu atseinydd cylch LToI a gwerthuso ei nodweddion. Mae Ffigur 3 (a) yn dangos delwedd microsgop optegol yr atseinydd cylch a gynhyrchwyd. Mae gan yr atseinydd cylch gyfluniad "trac rasio", sy'n cynnwys rhanbarth crwm gyda radiws o 100 µm a rhanbarth syth o 100 µm o hyd. Mae lled y bwlch rhwng y cylch a chraidd y ton-dywysydd bws yn amrywio mewn cynyddrannau o 200 nm, yn benodol ar 800, 1000, a 1200 nm. Mae Ffigur 3 (b) yn dangos y sbectrwm trosglwyddo ar gyfer pob bwlch, gan nodi bod y gymhareb difodiant yn newid gyda maint y bwlch. O'r sbectrwm hyn, fe benderfynon ni fod y bwlch 1000 nm yn darparu amodau cyplu bron yn feirniadol, gan ei fod yn arddangos y gymhareb difodiant uchaf o -26 dB.
Gan ddefnyddio'r atseinydd cyplu critigol, amcangyfrifwyd y ffactor ansawdd (ffactor Q) trwy ffitio'r sbectrwm trosglwyddo llinol â chromlin Lorentziaidd, gan gael ffactor Q mewnol o 1.1 miliwn, fel y dangosir yn Ffigur 3 (c). Hyd y gwyddom, dyma'r arddangosiad cyntaf o atseinydd cylch LToI cyplu ton-dywysydd. Yn arbennig, mae'r gwerth ffactor Q a gyflawnwyd gennym yn sylweddol uwch na gwerth atseinyddion microddisg LToI cyplu ffibr [9].
Casgliad:Fe wnaethon ni ddatblygu ton-dywysydd LToI gyda cholled o 0.28 dB/cm ar 1550 nm a ffactor Q atseinydd cylch o 1.1 miliwn. Mae'r perfformiad a gafwyd yn gymharol â pherfformiad ton-dywyswyr LNoI colled isel o'r radd flaenaf. Yn ogystal, fe wnaethon ni ymchwilio i anlinoledd χ(3) y ton-dywysydd LToI a weithgynhyrchwyd ar gyfer cymwysiadau anlinol ar sglodion.
Amser postio: Tach-20-2024