Ágrip:Við höfum þróað 1550 nm litíum tantalate bylgjuleiðara sem byggir á einangrunarefni með tapi upp á 0,28 dB/cm og gæðastuðli hringaómunar upp á 1,1 milljón. Notkun χ(3) ólínuleika í ólínulegri ljóseindafræði hefur verið rannsökuð. Kostir litíumníóbats á einangrunarefni (LNoI), sem sýnir framúrskarandi χ(2) og χ(3) ólínulega eiginleika ásamt sterkri optískri lokun vegna „einangrunar-á“ uppbyggingu þess, hafa leitt til verulegra framfara í bylgjuleiðaratækni fyrir ofurhraða. mótara og samþætta ólínulega ljóseindafræði [1-3]. Auk LN hefur litíumtantalat (LT) einnig verið rannsakað sem ólínulegt ljóseindaefni. Samanborið við LN hefur LT hærri sjónskemmdaþröskuld og breiðari optískan gagnsæi glugga [4, 5], þó að sjónbreytur þess, eins og brotstuðull og ólínulegir stuðlar, séu svipaðir og LN [6, 7]. Þannig stendur LToI upp úr sem annað sterkt frambjóðandi efni fyrir ólínuleg ljóseindanotkun með miklum ljósafli. Þar að auki er LToI að verða aðalefni fyrir yfirborðshljóðbylgjur (SAW) síutæki, sem eiga við í háhraða farsíma og þráðlausri tækni. Í þessu samhengi geta LToI oblátur orðið algengari efni fyrir ljóseindatækni. Hins vegar, hingað til, hefur aðeins verið greint frá fáeinum ljóseindatækjum sem byggjast á LToI, eins og örskífuómurum [8] og raf-sjónrænum fasaskiptum [9]. Í þessari grein kynnum við lágtapandi LToI bylgjuleiðara og beitingu þess í hringendurómara. Að auki gefum við χ(3) ólínulega eiginleika LToI bylgjuleiðarans.
Lykilatriði:
• Býður upp á 4 tommu til 6 tommu LToI oblátur, þunnfilmu litíum tantalate oblátur, með þykkt efsta lagsins á bilinu 100 nm til 1500 nm, með notkun innlendrar tækni og þroskaðra ferla.
• SINOI: Ofurlítið tap kísilnítríð þunnfilmu oblátur.
• SICOI: Háhreint hálfeinangrandi kísilkarbíð þunnfilmu hvarfefni fyrir kísilkarbíð ljóseindasamþættar hringrásir.
• LTOI: Sterkur keppinautur við litíumníóbat, þunnfilmu litíum tantalat oblátur.
• LNOI: 8 tommu LNOI sem styður fjöldaframleiðslu á stærri þunnfilmu litíumníóbatvörum.
Framleiðsla á Insulator Waveguides:Í þessari rannsókn notuðum við 4 tommu LToI oblátur. Efsta LT lagið er 42° snúið Y-skera LT undirlag fyrir SAW tæki, sem er beint tengt við Si undirlag með 3 µm þykku varmaoxíðlagi, með snjöllu skurðarferli. Mynd 1(a) sýnir toppmynd af LToI skífunni, með þykkt efsta LT lagsins 200 nm. Við metum yfirborðsgrófleika efsta LT lagsins með því að nota atómkraftsmásjá (AFM).
Mynd 1.(a) Mynd af LToI skífunni ofan frá, (b) AFM mynd af yfirborði efsta LT lagsins, (c) PFM mynd af yfirborði efsta LT lagsins, (d) Skýringarmynd af LToI bylgjuleiðara, (e) Reiknað grundvallarsnið fyrir TE ham, og (f) SEM mynd af LToI bylgjuleiðarakjarnanum fyrir útfellingu SiO2 yfirlags. Eins og sýnt er á mynd 1 (b) er yfirborðsrjúfleiki minni en 1 nm og engar rispulínur sáust. Að auki skoðuðum við skautunarástand efsta LT lagsins með því að nota piezoelectric response force smásjá (PFM), eins og sýnt er á mynd 1 (c). Við staðfestum að einsleit pólun hélst jafnvel eftir tengingarferlið.
Með því að nota þetta LToI undirlag, framleiddum við bylgjuleiðarann sem hér segir. Í fyrsta lagi var málmgrímulag sett fyrir síðari þurrætingu á LT. Síðan var rafeindageisla (EB) steinþrykk gerð til að skilgreina bylgjuleiðarakjarnamynstrið ofan á málmgrímulaginu. Næst fluttum við EB viðnámsmynstrið yfir á málmgrímulagið með þurrætingu. Síðan var LToI bylgjuleiðarkjarninn myndaður með því að nota rafeindasýklótron resonance (ECR) plasma ætingu. Að lokum var málmgrímulagið fjarlægt með blautu ferli og SiO2 yfirlag sett með því að nota plasmabætt efnagufuútfellingu. Mynd 1 (d) sýnir skýringarmynd af þversniði LToI bylgjuleiðarans. Heildarkjarnahæð, plötuhæð og kjarnabreidd eru 200 nm, 100 nm og 1000 nm, í sömu röð. Athugaðu að kjarnabreiddin stækkar í 3 µm við bylgjuleiðarabrúnina fyrir ljósleiðaratengingu.
Mynd 1 (e) sýnir reiknaða ljósstyrksdreifingu á grundvallar þverrafmagni (TE) ham við 1550 nm. Mynd 1 (f) sýnir skönnun rafeindasmásjá (SEM) mynd af LToI bylgjuleiðarakjarna fyrir útfellingu SiO2 yfirlagsins.
Bylgjuleiðarareiginleikar:Við metum fyrst línulega tapeiginleikana með því að setja inn TE-skautað ljós frá 1550 nm bylgjulengdar mögnuðum sjálfvirkri losunargjafa inn í LToI bylgjuleiðara af mismunandi lengd. Útbreiðslutapið var fengið út frá halla sambandsins milli lengdar bylgjuleiðara og útsendingar á hverri bylgjulengd. Mælt útbreiðslutap var 0,32, 0,28 og 0,26 dB/cm við 1530, 1550 og 1570 nm, í sömu röð, eins og sýnt er á mynd 2 (a). Framleiddu LToI bylgjuleiðararnir sýndu sambærilega lágtapafköst og nýjustu LNoI bylgjuleiðarar [10].
Næst metum við χ(3) ólínuleikann í gegnum bylgjulengdarbreytinguna sem myndast með fjögurra bylgjublöndunarferli. Við setjum inn samfellt bylgjudæluljós við 1550,0 nm og merkisljós við 1550,6 nm í 12 mm langan bylgjuleiðara. Eins og sýnt er á mynd 2 (b), jókst ljósbylgjumerkjastyrkur fasasamtengingar (lausagangs) með auknu inntaksafli. Innfellingin á mynd 2 (b) sýnir dæmigerð úttaksróf fjögurra bylgjublöndunar. Út frá sambandinu á milli inntaksafls og hagkvæmni umbreytingar, áætluðum við að ólínulega færibreytan (γ) væri um það bil 11 W^-1m.
Mynd 3.(a) Smásjá mynd af tilbúnum hringaómanum. (b) Sendingarróf hringaómans með ýmsum bilstærðum. (c) Mælt og Lorentzian-fitt útsendingarróf hringaómans með 1000 nm bili.
Næst bjuggum við til LToI hringaómara og metum eiginleika hans. Mynd 3 (a) sýnir sjónsmásjármyndina af tilbúnum hringómanum. Hringresonatorinn er með „kappakstursbraut“ uppsetningu, sem samanstendur af bogadregnu svæði með 100 µm radíus og beinu svæði 100 µm að lengd. Bilið á milli hringsins og strætóbylgjuleiðarakjarnans er breytilegt í 200 nm þrepum, sérstaklega við 800, 1000 og 1200 nm. Mynd 3 (b) sýnir útsendingarróf fyrir hvert bil, sem gefur til kynna að útrýmingarhlutfallið breytist með stærð bilsins. Út frá þessum litrófum komumst við að því að 1000 nm bilið veitir næstum mikilvæg tengiskilyrði, þar sem það sýnir hæsta útrýmingarhlutfallið -26 dB.
Með því að nota gagnrýnið tengda resonator, áætluðum við gæðastuðulinn (Q factor) með því að passa línulega flutningsrófið með Lorentzian feril og fáum innri Q-stuðul upp á 1,1 milljón, eins og sýnt er á mynd 3 (c). Að því er við vitum er þetta fyrsta sýningin á bylgjuleiðaratengdum LToI hringaómara. Athyglisvert er að Q-stuðlagildið sem við náðum er umtalsvert hærra en á trefjatengdum LToI ördiskum endurómurum [9].
Niðurstaða:Við þróuðum LToI bylgjuleiðara með tap upp á 0,28 dB/cm við 1550 nm og Q-stuðli hringaómans upp á 1,1 milljón. Frammistaðan sem fæst er sambærileg við háþróaða LNoI bylgjuleiðara með lágt tap. Að auki könnuðum við χ(3) ólínuleika framleiddu LToI bylgjuleiðarans fyrir ólínuleg forrit á flís.
Pósttími: 20. nóvember 2024