Аннотация:Биз 0,28 дБ/см жоготуу менен 1550 нм изоляторго негизделген литий танталатты толкун өткөргүчтү иштеп чыктык жана шакек резонаторунун сапат фактору 1,1 млн. Сызыктуу эмес фотоникада χ(3) сызыктуу эместиктин колдонулушу изилденген. Литий ниобаттын изолятордогу (LNoI) артыкчылыктары, χ(2) жана χ(3) сонун сызыктуу эмес касиеттерин жана "изолятордун күйгүзүлгөн" түзүлүшүнөн улам күчтүү оптикалык чектөөнү көрсөтөт. модуляторлор жана интегралдык сызыктуу эмес фотоникалар [1-3]. LN тышкары, литий танталат (LT) да сызыктуу эмес фотоникалык материал катары изилденген. LN менен салыштырганда LT оптикалык бузулуу босогосуна жана кеңирээк оптикалык тунук терезеге ээ [4, 5], бирок анын оптикалык параметрлери, мисалы, сынуу көрсөткүчү жана сызыктуу эмес коэффициенттери LN [6, 7] окшош. Ошентип, LToI жогорку оптикалык кубаттуулуктагы сызыктуу эмес фотоникалык колдонмолор үчүн дагы бир күчтүү талапкер материал болуп саналат. Мындан тышкары, LToI жогорку ылдамдыктагы мобилдик жана зымсыз технологияларда колдонулуучу беттик акустикалык толкун (SAW) чыпкалоочу түзүлүштөр үчүн негизги материал болуп калды. Бул контекстте, LToI пластиналар фотоникалык колдонмолор үчүн кеңири таралган материалдар болуп калышы мүмкүн. Бирок, бүгүнкү күнгө чейин LToI негизиндеги бир нече фотоникалык түзүлүштөр, мисалы, микродисктик резонаторлор [8] жана электр-оптикалык фазаны которгучтар [9] сыяктуу кабарланган. Бул макалада биз аз жоготуу LToI толкун өткөргүчтү жана аны шакек резонаторунда колдонууну сунуштайбыз. Кошумчалай кетсек, биз LToI толкун өткөргүчүнүн χ(3) сызыктуу эмес мүнөздөмөлөрүн беребиз.
Негизги пункттар:
• Ата мекендик технологияны жана жетилген процесстерди колдонуу менен 4 дюймдан 6 дюймга чейинки LToI пластинкаларын, жука пленкалуу литий танталатты пластиналарды сунуштайт, үстүнкү катмарынын калыңдыгы 100 нмден 1500 нмге чейин.
• SINOI: Ультра аз жоготуу кремний нитриди жука пленкалар.
• SICOI: кремний карбиди фотоникалык интегралдык микросхемалар үчүн жогорку тазалыктагы жарым изоляциялоочу кремний карбиди жука пленкалуу субстраттар.
• LTOI: Литий ниобатка, жука пленкалуу литий танталат пластинкаларына күчтүү атаандаш.
• LNOI: 8 дюймдук LNOI ири масштабдагы жука пленкалуу литий ниобат азыктарын массалык өндүрүүнү колдойт.
Изолятордун толкун өткөргүчтөрү боюнча өндүрүш:Бул изилдөөдө биз 4 дюймдук LToI пластинкаларын колдондук. Үстүнкү LT катмары - бул SAW шаймандары үчүн коммерциялык 42° бурулган Y-кесилген LT субстраты, ал Si субстратына 3 мкм калыңдыктагы термикалык кычкыл катмары менен түздөн-түз туташып, акылдуу кесүү процессин колдонот. 1(а)-сүрөттө LToI пластинкасынын үстүнкү көрүнүшү көрсөтүлгөн, жогорку LT катмарынын калыңдыгы 200 нм. Биз атомдук күч микроскопиясын (AFM) колдонуп, үстүнкү LT катмарынын бетинин оройлугун бааладык.
1-сүрөт.(a) LToI пластинкасынын үстүнкү көрүнүшү, (б) LT үстүнкү катмарынын бетинин AFM сүрөтү, (в) жогорку LT катмарынын бетинин PFM сүрөтү, (г) LToI толкун өткөргүчүнүн схемалык кесилиши, (e) Эсептелген фундаменталдык TE режиминин профили жана (f) SiO2 катмарын түшүрүү алдында LToI толкун өткөргүч ядросунун SEM сүрөтү. 1 (b)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, беттин бүдүрлүүлүгү 1 нмден аз жана эч кандай чийилген сызыктар байкалган эмес. Кошумчалай кетсек, 1 (c) сүрөттө көрсөтүлгөндөй, биз пьезоэлектрдик жооп күчү микроскопиясын (PFM) колдонуу менен жогорку LT катмарынын поляризация абалын карадык. Байланыш процессинен кийин да бирдей поляризация сакталганын тастыктадык.
Бул LToI субстратын колдонуп, биз төмөнкүдөй толкун өткөргүчтү жасадык. Биринчиден, металл маска катмары LT кийинки кургак оюу үчүн депонирленген. Андан кийин, металл маска катмарынын үстүндө толкун жетектөөчү өзөк үлгүсүн аныктоо үчүн электрондук нур (EB) литографиясы аткарылган. Андан кийин, биз кургак оюу аркылуу EB каршылык үлгүсүн металл маска катмарына өткөрүп бердик. Андан кийин, LToI толкун өткөргүч өзөгү электрондук циклотрондук резонанстык (ECR) плазмадан оюу аркылуу түзүлдү. Акыр-аягы, металл маска катмары нымдуу жараян аркылуу алынып, SiO2 катмары плазма менен жакшыртылган химиялык буу катмарын колдонуу менен депонирленген. 1-сүрөт (г) LToI толкун өткөргүчүнүн схемалык кесилишин көрсөтөт. Өзөктүн жалпы бийиктиги, плитанын бийиктиги жана өзөктүн туурасы тиешелүүлүгүнө жараша 200 нм, 100 нм жана 1000 нм. Көңүл буруңуз, өзөктүн туурасы оптикалык була бириктирүү үчүн толкун өткөргүчтүн четинде 3 мкм чейин кеңейет.
1-сүрөт (e) 1550 нмде негизги туурасынан өткөн электрдик (ТЭ) режиминин оптикалык интенсивдүүлүгүнүн эсептелген бөлүштүрүлүшүн көрсөтөт. 1-сүрөт (f) LToI толкун өткөргүч ядросунун сканерлөөчү электрондук микроскоптун (SEM) сүрөттөлүшүн SiO2 катмарын жайгаштыруу алдында көрсөтөт.
Толкун өткөргүчтүн мүнөздөмөлөрү:Биз алгач 1550 нм толкун узундуктагы күчөтүлгөн стихиялуу эмиссия булагынан келген TE-поляризацияланган жарыкты ар кандай узундуктагы LToI толкун өткөргүчтөрүнө киргизүү менен сызыктуу жоготуу мүнөздөмөлөрүн бааладык. Пропагациянын жоготуусу ар бир толкун узундугунда толкун өткөргүчтүн узундугу менен өткөрүүнүн ортосундагы байланыштын эңкейишинен алынган. Өлчөнгөн таралуу жоготуулары 2 (а)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, тиешелүүлүгүнө жараша 1530, 1550 жана 1570 нмде 0,32, 0,28 жана 0,26 дБ/см болгон. Жасалма LToI толкун өткөргүчтөрү заманбап LNoI толкун өткөргүчтөрүнө салыштырмалуу аз жоготуу көрсөткүчтөрүн көрсөтүштү [10].
Андан кийин, биз төрт толкун аралаштыруу процессинде пайда болгон толкун узундугун өзгөртүү аркылуу χ(3) сызыктуу эместигин бааладык. Биз 1550,0 нмде үзгүлтүксүз толкун насосунун жарыгын жана 1550,6 нм сигналдык жарыгын 12 мм узундуктагы толкун өткөргүчкө киргизебиз. 2 (b)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, фаза-конъюгаттык (бос) жарык толкун сигналынын интенсивдүүлүгү кирүү кубаттуулугунун өсүшү менен көбөйгөн. 2 (b)-сүрөттөгү тиркеме төрт толкундуу аралашуунун типтүү чыгуу спектрин көрсөтөт. Киргизүү кубаттуулугу менен конверсиянын эффективдүүлүгүнүн ортосундагы байланыштан биз сызыктуу эмес параметрди (γ) болжол менен 11 Вт^-1м деп бааладык.
3-сүрөт.(а) Жасалган шакекче резонатордун микроскоптук сүрөтү. (б) Ар кандай боштук параметрлери бар шакек резонаторунун өткөрүү спектрлери. (в) 1000 нм боштук менен шакекче резонатордун өлчөнгөн жана Лоренциан орнотулган өткөрүү спектри.
Андан кийин, биз LToI шакек резонаторун жасап, анын мүнөздөмөлөрүн бааладык. 3-сүрөт (а) жасалма шакекче резонатордун оптикалык микроскоптун сүрөтүн көрсөтөт. Шакек резонаторунда радиусу 100 мкм болгон ийри аймактан жана узундугу 100 мкм түз аймактан турган "ипподром" конфигурациясы бар. Шакек менен автобустун толкун өткөргүч ядросунун ортосундагы боштуктун туурасы 200 нм кадамдар менен өзгөрүп турат, атап айтканда 800, 1000 жана 1200 нм. 3-сүрөт (б) ар бир боштук үчүн берүү спектрлерин көрсөтөт, бул өчүү катышы боштуктун өлчөмүнө жараша өзгөрөт. Бул спектрлерден биз 1000 нм ажырым дээрлик критикалык туташуу шарттарын камсыз кылаарын аныктадык, анткени ал эң жогорку өчүү коэффициентин -26 дБ көрсөтөт.
Критикалык туташкан резонаторду колдонуп, 3 (c) сүрөттө көрсөтүлгөндөй, 1,1 миллион ички Q факторун алуу менен сызыктуу өткөрүү спектрин Лоренц ийри сызыгы менен тууралоо аркылуу сапат факторун (Q факторун) бааладык. Биздин маалыматыбыз боюнча, бул толкун өткөргүч менен туташкан LToI шакек резонаторунун биринчи демонстрациясы. Белгилей кетчү нерсе, биз жетишкен Q факторунун мааниси була менен туташкан LToI микродиск резонаторлорунан кыйла жогору [9].
Жыйынтык:Биз 1550 нмде 0,28 дБ/см жоготуусу жана 1,1 миллион шакек резонатор Q фактору менен LToI толкун өткөргүчтү иштеп чыктык. Алынган өндүрүмдүүлүк заманбап LNoI толкун өткөргүчтөрү менен салыштырууга болот. Кошумчалай кетсек, биз чиптеги сызыктуу эмес колдонмолор үчүн өндүрүлгөн LToI толкун өткөргүчүнүн χ(3) сызыктуу эместигин изилдедик.
Посттун убактысы: Ноябрь-20-2024