Crynodeb:Rydym wedi datblygu canllaw tonnau lithiwm tantalate 1550 nm yn seiliedig ar ynysydd gyda cholled o 0.28 dB/cm a ffactor ansawdd cyseinydd cylch o 1.1 miliwn. Mae cymhwyso aflinoledd χ(3) mewn ffotoneg aflinol wedi'i astudio. Mae manteision lithiwm niobate ar ynysydd (LNoI), sy'n arddangos priodweddau aflinol χ(2) a χ(3) rhagorol ynghyd â chyfyngiad optegol cryf oherwydd ei strwythur "inswleiddiwr ymlaen", wedi arwain at ddatblygiadau sylweddol mewn technoleg waveguide ar gyfer tra chyflym. modulatyddion a ffotoneg aflinol integredig [1-3]. Yn ogystal â LN, mae lithiwm tantalate (LT) hefyd wedi cael ei ymchwilio fel deunydd ffotonig aflinol. 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 aflinol, yn debyg i rai LN [6, 7]. Felly, mae LToI yn sefyll allan fel deunydd ymgeisydd cryf arall ar gyfer cymwysiadau ffotonig aflinol pŵer optegol uchel. At 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 a adroddwyd, megis cyseinyddion microddisg [8] a symudwyr cyfnod electro-optig [9]. Yn y papur hwn, rydym yn cyflwyno canllaw tonnau LToI colled isel a'i gymhwysiad mewn cyseinydd cylch. Yn ogystal, rydym yn darparu nodweddion aflinol χ(3) y canllaw tonnau LToI.
Pwyntiau Allweddol:
• Cynnig wafferi LToI 4 modfedd i 6 modfedd, wafferi tantalate lithiwm ffilm denau, gyda thrwch haen uchaf yn amrywio o 100 nm i 1500 nm, gan ddefnyddio technoleg ddomestig a phrosesau aeddfed.
• SINOI: Wafferi ffilm denau silicon nitrid colled isel iawn.
• SICOI: Is-haenau ffilm tenau carbid silicon lled-inswleiddio uchel-purdeb ar gyfer cylchedau integredig ffotonig carbid silicon.
• LTOI: Cystadleuydd cryf i lithiwm niobate, wafferi tantalate lithiwm ffilm denau.
• LNOI: LNOI 8-modfedd yn cefnogi masgynhyrchu cynhyrchion niobate lithiwm ffilm denau ar raddfa fwy.
Gweithgynhyrchu ar Insulator Waveguides:Yn yr astudiaeth hon, fe wnaethom ddefnyddio wafferi LToI 4-modfedd. Mae'r haen LT uchaf yn swbstrad masnachol Y-toriad LT wedi'i gylchdroi 42 ° ar gyfer dyfeisiau SAW, sydd wedi'i bondio'n uniongyrchol i swbstrad Si gyda haen ocsid thermol 3 µm o drwch, gan ddefnyddio proses dorri smart. Mae Ffigur 1(a) yn dangos golygfa uchaf o'r wafer LToI, gyda thrwch haen LT uchaf yn 200 nm. Fe wnaethom asesu garwedd arwyneb yr haen LT uchaf gan ddefnyddio microsgopeg grym atomig (AFM).
Ffigur 1.(a) Golygfa uchaf y 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 canllaw tonnau LToI, (e) Proffil modd TE sylfaenol wedi'i gyfrifo, a (dd) delwedd SEM o'r craidd canllaw tonnau LToI cyn dyddodiad troshaen SiO2. Fel y dangosir yn Ffigur 1 (b), mae'r garwedd arwyneb yn llai nag 1 nm, ac ni welwyd unrhyw linellau crafu. Yn ogystal, gwnaethom archwilio cyflwr polareiddio'r haen LT uchaf gan ddefnyddio microsgopeg grym ymateb piezoelectrig (PFM), fel y dangosir yn Ffigur 1 (c). Gwnaethom gadarnhau bod polareiddio unffurf yn cael ei gynnal hyd yn oed ar ôl y broses fondio.
Gan ddefnyddio'r swbstrad LToI hwn, gwnaethom ffugio'r canllaw tonnau fel a ganlyn. Yn gyntaf, adneuwyd haen mwgwd metel ar gyfer ysgythru sych dilynol y LT. Yna, perfformiwyd lithograffeg pelydr electron (EB) i ddiffinio'r patrwm craidd waveguide ar ben yr haen mwgwd metel. Nesaf, fe wnaethom drosglwyddo'r patrwm gwrthsefyll EB i'r haen mwgwd metel trwy ysgythru sych. Wedi hynny, ffurfiwyd craidd canllaw tonnau LToI gan ddefnyddio ysgythriad plasma cyseiniant electron cyclotron (ECR). Yn olaf, tynnwyd yr haen mwgwd metel trwy broses wlyb, a dyddodwyd troshaen SiO2 gan ddefnyddio dyddodiad anwedd cemegol plasma-well. Mae Ffigur 1 (d) yn dangos y trawstoriad sgematig o'r canllaw tonnau LToI. Cyfanswm uchder craidd, uchder plât, a lled 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 canllaw tonnau ar gyfer cyplu ffibr optegol.
Mae Ffigur 1 (e) yn dangos dosraniad arddwysedd optegol cyfrifedig y modd trydan ardraws sylfaenol (TE) ar 1550 nm. Mae Ffigur 1 (f) yn dangos delwedd microsgop electron sganio (SEM) o graidd canllaw tonnau LToI cyn dyddodiad yr haenen SiO2.
Nodweddion Waveguide:Yn gyntaf, fe wnaethom werthuso'r nodweddion colled llinol trwy fewnbynnu golau TE-polar o ffynhonnell allyriadau digymell chwyddedig tonfedd 1550 nm i ganllawiau tonnau LToI o wahanol hyd. Cafwyd y golled ymlediad o lethr y berthynas rhwng hyd y canllaw tonnau a thrawsyriant ar bob tonfedd. Y colledion lluosogi a fesurwyd oedd 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). Roedd y canllawiau tonnau LToI ffug yn dangos perfformiad colled isel tebyg i'r canllawiau tonnau LNoI diweddaraf [10].
Nesaf, fe wnaethom asesu aflinoledd χ(3) trwy'r trawsnewidiad tonfedd a gynhyrchir gan broses gymysgu pedair ton. Rydyn ni'n mewnbynnu golau pwmp tonnau parhaus ar 1550.0 nm a golau signal ar 1550.6 nm i mewn i ganllaw tonnau 12 mm o hyd. Fel y dangosir yn Ffigur 2 (b), cynyddodd dwyster signal tonnau golau cam-gyfuniad (idler) gyda phŵer mewnbwn cynyddol. Mae'r mewnosodiad yn Ffigur 2 (b) yn dangos sbectrwm allbwn nodweddiadol y cymysgedd pedair ton. O'r berthynas rhwng pŵer mewnbwn ac effeithlonrwydd trosi, gwnaethom amcangyfrif bod y paramedr aflinol (γ) tua 11 W ^ - 1m.
Ffigur 3.(a) Delwedd microsgop o'r cyseinydd modrwy ffug. (b) Sbectra trawsyrru'r cyseinydd cylch gyda pharamedrau bwlch amrywiol. (c) Sbectrwm trawsyrru wedi'i fesur a'i osod gan Lorentzian ar gyfer y cyseinydd cylch gyda bwlch o 1000 nm.
Nesaf, fe wnaethom ffugio cyseinydd cylch LToI a gwerthuso ei nodweddion. Mae Ffigur 3 (a) yn dangos delwedd microsgop optegol y cyseinydd cylch ffug. Mae'r cyseinydd cylch yn cynnwys ffurfwedd "trac rasio", sy'n cynnwys rhanbarth crwm â radiws o 100 µm a rhanbarth syth o 100 µm o hyd. Mae lled y bwlch rhwng y cylch a'r craidd tonnau bws yn amrywio mewn cynyddiadau o 200 nm, yn benodol ar 800, 1000, a 1200 nm. Mae Ffigur 3 (b) yn dangos y sbectra trawsyrru ar gyfer pob bwlch, gan ddangos bod y gymhareb difodiant yn newid gyda maint y bwlch. O'r sbectra hyn, fe wnaethom benderfynu bod y bwlch 1000 nm yn darparu amodau cyplu bron yn hollbwysig, gan ei fod yn arddangos y gymhareb difodiant uchaf o -26 dB.
Gan ddefnyddio'r cyseinydd wedi'i gyplysu'n feirniadol, gwnaethom amcangyfrif y ffactor ansawdd (ffactor Q) trwy osod cromlin Lorentzian ar y sbectrwm trawsyrru llinol, gan gael ffactor Q mewnol o 1.1 miliwn, fel y dangosir yn Ffigur 3 (c). Hyd y gwyddom, dyma'r arddangosiad cyntaf o resonator modrwy LToI wedi'i gyplysu â thonfedd. Yn nodedig, mae'r gwerth ffactor Q a gyflawnwyd gennym yn sylweddol uwch na gwerth cyseinyddion microdisk LToI â ffibr [9].
Casgliad:Fe wnaethom ddatblygu canllaw tonnau LToI gyda cholled o 0.28 dB/cm ar 1550 nm a ffactor cyseinydd cylch Q o 1.1 miliwn. Mae'r perfformiad a gafwyd yn debyg i berfformiad y canllawiau tonnau LNoI colled isel diweddaraf. Yn ogystal, gwnaethom ymchwilio i aflinoledd χ(3) y canllaw tonnau LToI a weithgynhyrchwyd ar gyfer cymwysiadau aflinol ar sglodion.
Amser postio: Tachwedd-20-2024