Аннотация:Биз 0,28 дБ/см3 жоготуусу жана шакекче резонатордун сапат коэффициенти 1,1 миллион болгон 1550 нм изоляторго негизделген литий танталат толкун өткөргүчүн иштеп чыктык. Сызыктуу эмес фотоникада χ(3) сызыктуу эместигин колдонуу изилденген. "Изолятордогу" түзүлүшүнөн улам күчтүү оптикалык чектөө менен бирге χ(2) жана χ(3) сызыктуу эмес касиеттерин көрсөткөн литий ниобатынын изолятордогу (LNoI) артыкчылыктары өтө тез модуляторлор жана интеграцияланган сызыктуу эмес фотоникалар үчүн толкун өткөргүч технологиясында олуттуу жетишкендиктерге алып келди [1-3]. LNден тышкары, литий танталат (LT) да сызыктуу эмес фотондук материал катары изилденген. LNге салыштырмалуу, LT жогорку оптикалык зыян босогосуна жана кеңири оптикалык тунуктук терезесине ээ [4, 5], бирок анын сынуу көрсөткүчү жана сызыктуу эмес коэффициенттер сыяктуу оптикалык параметрлери LNге окшош [6, 7]. Ошентип, LToI жогорку оптикалык кубаттуулуктагы сызыктуу эмес фотондук колдонмолор үчүн дагы бир күчтүү талапкер материал катары айырмаланып турат. Андан тышкары, LToI жогорку ылдамдыктагы мобилдик жана зымсыз технологияларда колдонулуучу беттик акустикалык толкун (SAW) чыпкалоочу түзүлүштөр үчүн негизги материалга айланууда. Бул контекстте LToI пластиналары фотондук колдонмолор үчүн кеңири таралган материалдарга айланышы мүмкүн. Бирок, бүгүнкү күнгө чейин LToIге негизделген бир нече гана фотондук түзүлүштөр, мисалы, микродиск резонаторлору [8] жана электро-оптикалык фазалык которгучтар [9] жөнүндө кабарланган. Бул макалада биз аз жоготуулуу LToI толкун өткөргүчүн жана анын шакекче резонатордо колдонулушун сунуштайбыз. Мындан тышкары, биз LToI толкун өткөргүчүнүн χ(3) сызыктуу эмес мүнөздөмөлөрүн беребиз.
Негизги пункттар:
• Ата мекендик технологияларды жана жетилген процесстерди колдонуу менен, үстүнкү катмарынын калыңдыгы 100 нмден 1500 нмге чейинки 4 дюймдан 6 дюймга чейинки LToI пластиналарын, жука пленкалуу литий танталат пластиналарын сунуштайт.
• SINOI: Өтө аз жоготуулуу кремний нитриди жука пленкалуу пластиналар.
• SICOI: Кремний карбидинин фотондук интегралдык микросхемалары үчүн жогорку тазалыктагы жарым изоляциялык кремний карбидинин жука пленкалуу субстраттары.
• LTOI: Литий ниобатынан, жука пленкалуу литий танталат пластиналарына күчтүү атаандаш.
• LNOI: 8 дюймдук LNOI ири масштабдуу жука пленкалуу литий ниобатынын продукцияларын массалык түрдө өндүрүүнү колдойт.
Изолятор толкун өткөргүчтөрүндө өндүрүш:Бул изилдөөдө биз 4 дюймдук LToI пластиналарын колдондук. Үстүнкү LT катмары - бул SAW түзмөктөрү үчүн коммерциялык 42° бурулган Y-кесилген LT субстраты, ал Si субстратына 3 мкм калыңдыктагы термикалык кычкыл катмары менен түз байланыштырылып, акылдуу кесүү процессин колдонот. 1(а)-сүрөттө үстүнкү LT катмарынын калыңдыгы 200 нм болгон LToI пластинасынын үстүнкү көрүнүшү көрсөтүлгөн. Биз үстүнкү LT катмарынын бетинин тегиз эместигин атомдук күч микроскопиясы (AFM) аркылуу бааладык.
1-сүрөт.(a) LToI пластинасынын үстүнкү көрүнүшү, (b) Жогорку LT катмарынын бетинин AFM сүрөтү, (c) Жогорку LT катмарынын бетинин PFM сүрөтү, (d) LToI толкун өткөргүчүнүн схемалык кесилиши, (e) Эсептелген негизги TE режиминин профили жана (f) SiO2 катмарынын чөкмөсүнө чейинки LToI толкун өткөргүчүнүн өзөгүнүн SEM сүрөтү. 1-сүрөттө (b) көрсөтүлгөндөй, беттин тегиз эместиги 1 нмден аз жана эч кандай чийик сызыктары байкалган эмес. Мындан тышкары, биз 1-сүрөттө (c) көрсөтүлгөндөй, жогорку LT катмарынын поляризация абалын пьезоэлектрдик жооп күчү микроскопиясын (PFM) колдонуп изилдедик. Байланыш процессинен кийин да бирдей поляризация сакталып калганын тастыктадык.
Бул LToI субстратын колдонуп, биз толкун өткөргүчтү төмөнкүдөй жасадык. Алгач, LTди кургак оюу үчүн металл маска катмары салынды. Андан кийин, металл маска катмарынын үстүндөгү толкун өткөргүчтүн өзөк схемасын аныктоо үчүн электрондук нур (EB) литографиясы жүргүзүлдү. Андан кийин, биз EB каршылык схемасын кургак оюу аркылуу металл маска катмарына өткөрдүк. Андан кийин, LToI толкун өткөргүчтүн өзөгү электрондук циклотрондук резонанстык (ECR) плазмалык оюу аркылуу түзүлгөн. Акырында, металл маска катмары нымдуу процесс аркылуу алынып салынды жана плазма менен күчөтүлгөн химиялык буу чөктүрүү аркылуу SiO2 катмары салынды. 1-сүрөттө (d) LToI толкун өткөргүчүнүн схемалык кесилиши көрсөтүлгөн. Өзөктүн жалпы бийиктиги, пластинанын бийиктиги жана өзөктүн туурасы тиешелүүлүгүнө жараша 200 нм, 100 нм жана 1000 нм. Оптикалык була туташуусу үчүн өзөктүн туурасы толкун өткөргүчтүн четинде 3 мкмге чейин кеңейерин эске алыңыз.
1-сүрөттүн (e) сүрөтүндө 1550 нмдеги фундаменталдык туурасынан кеткен электрдик (TE) режимдин эсептелген оптикалык интенсивдүүлүк бөлүштүрүлүшү көрсөтүлгөн. 1-сүрөттүн (f) сүрөтүндө SiO2 катмары чөктүрүлгөнгө чейинки LToI толкун өткөргүч өзөгүнүн сканерлөөчү электрондук микроскопунун (SEM) сүрөтү көрсөтүлгөн.
Толкун өткөргүчтүн мүнөздөмөлөрү:Алгач биз сызыктуу жоготуу мүнөздөмөлөрүн 1550 нм толкун узундугу күчөтүлгөн стихиялуу нурлануу булагынан алынган TE-поляризацияланган жарыкты ар кандай узундуктагы LToI толкун өткөргүчтөрүнө киргизүү менен бааладык. Таралуу жоготуусу ар бир толкун узундугундагы толкун өткөргүчтүн узундугу менен өткөрүүнүн ортосундагы байланыштын жантайыңкылыгынан алынган. Өлчөнгөн таралуу жоготуулары 2-сүрөттө (а) көрсөтүлгөндөй, 1530, 1550 жана 1570 нмде тиешелүүлүгүнө жараша 0,32, 0,28 жана 0,26 дБ/см2 түзгөн. Жасалган LToI толкун өткөргүчтөрү заманбап LNoI толкун өткөргүчтөрүнө салыштырмалуу аз жоготуу көрсөткүчтөрүн көрсөттү [10].
Андан кийин, биз төрт толкундуу аралаштыруу процесси менен пайда болгон толкун узундугун өзгөртүү аркылуу χ(3) сызыктуу эместигин бааладык. Биз 12 мм узундуктагы толкун өткөргүчкө 1550,0 нмдеги үзгүлтүксүз толкун насосунун жарыгын жана 1550,6 нмдеги сигнал жарыгын киргиздик. 2-сүрөттө (b) көрсөтүлгөндөй, фазалык конъюгат (бош) жарык толкунунун сигналынын интенсивдүүлүгү киргизүү кубаттуулугунун жогорулашы менен жогорулады. 2-сүрөттө (b) көрсөтүлгөн кошумча төрт толкундуу аралаштыруунун типтүү чыгуу спектрин көрсөтөт. Киргизүү кубаттуулугу менен өзгөртүү эффективдүүлүгүнүн ортосундагы байланыштан биз сызыктуу эмес параметрди (γ) болжол менен 11 Вт^-1м деп бааладык.
3-сүрөт.(а) Жасалма шакекче резонатордун микроскоп менен тартылган сүрөтү. (б) Ар кандай аралык параметрлери бар шакекче резонатордун өткөрүү спектрлери. (в) 1000 нм аралыктагы шакекче резонатордун өлчөнгөн жана Лоренций менен орнотулган өткөрүү спектри.
Андан кийин, биз LToI шакекче резонаторун жасап, анын мүнөздөмөлөрүн бааладык. 3-сүрөттүн (а) бетинде жасалган шакекче резонаторунун оптикалык микроскоптук сүрөтү көрсөтүлгөн. Шакекче резонатор радиусу 100 мкм болгон ийри аймактан жана узундугу 100 мкм болгон түз аймактан турган "жарыш жолу" конфигурациясына ээ. Шакекче менен шина толкун өткөргүч өзөгүнүн ортосундагы боштуктун туурасы 200 нм кадамдар менен, тактап айтканда, 800, 1000 жана 1200 нмде өзгөрөт. 3-сүрөттүн (б) бетинде ар бир боштук үчүн өткөрүү спектрлери көрсөтүлгөн, бул өчүү катышынын боштуктун өлчөмүнө жараша өзгөрөрүн көрсөтөт. Бул спектрлерден биз 1000 нм боштук -26 дБ эң жогорку өчүү катышын көрсөткөндүктөн, дээрлик маанилүү байланыш шарттарын камсыз кылаарын аныктадык.
Критикалык байланыштагы резонаторду колдонуп, биз сызыктуу өткөрүү спектрин Лоренц ийри сызыгы менен тууралоо аркылуу сапат факторун (Q факторун) бааладык, натыйжада 3-сүрөттө (в) көрсөтүлгөндөй, 1,1 миллион ички Q факторун алдык. Биздин билишибизче, бул толкун өткөргүч менен байланышкан LToI шакекче резонаторунун биринчи демонстрациясы. Белгилей кетчү нерсе, биз жетишкен Q факторунун мааниси була менен байланышкан LToI микродиск резонаторлоруна караганда бир топ жогору [9].
Жыйынтык:Биз 1550 нмде 0,28 дБ/см3 жоготуусу жана шакекче резонаторунун Q коэффициенти 1,1 миллион болгон LToI толкун өткөргүчүн иштеп чыктык. Алынган көрсөткүч заманбап аз жоготуулуу LNoI толкун өткөргүчтөрүнүн көрсөткүчтөрүнө салыштырмалуу. Мындан тышкары, биз чиптеги сызыктуу эмес колдонмолор үчүн өндүрүлгөн LToI толкун өткөргүчүнүн χ(3) сызыктуу эместигин изилдедик.
Жарыяланган убактысы: 20-ноябрь, 2024-жыл