Abstrak:Kami parantos ngembangkeun waveguide litium tantalat berbasis insulator 1550 nm kalayan leungitna 0,28 dB/cm sareng faktor kualitas resonator cincin 1,1 juta. Aplikasi nonlinieritas χ(3) dina fotonik nonlinier parantos ditalungtik. Kaunggulan litium niobate dina insulator (LNoI), anu nunjukkeun sipat nonlinier χ(2) sareng χ(3) anu saé sareng kurungan optik anu kuat kusabab struktur "insulator-on", parantos nyababkeun kamajuan anu signifikan dina téknologi waveguide pikeun modulator ultrafast sareng fotonik nonlinier terpadu [1-3]. Salian ti LN, litium tantalat (LT) ogé parantos ditalungtik salaku bahan fotonik nonlinier. Dibandingkeun sareng LN, LT gaduh ambang karusakan optik anu langkung luhur sareng jandela transparansi optik anu langkung lega [4, 5], sanaos parameter optikna, sapertos indéks bias sareng koéfisién nonlinier, sami sareng LN [6, 7]. Ku kituna, LToI nonjol salaku bahan calon anu kuat pikeun aplikasi fotonik nonlinier kakuatan optik anu luhur. Leuwih ti éta, LToI janten bahan utama pikeun alat filter gelombang akustik permukaan (SAW), anu tiasa diterapkeun dina téknologi mobile sareng nirkabel kecepatan tinggi. Dina kontéks ieu, wafer LToI tiasa janten bahan anu langkung umum pikeun aplikasi fotonik. Nanging, dugi ka ayeuna, ngan ukur sababaraha alat fotonik anu dumasar kana LToI anu parantos dilaporkeun, sapertos resonator microdisk [8] sareng pengubah fase éléktro-optik [9]. Dina tulisan ieu, kami nampilkeun waveguide LToI anu rugi rendah sareng aplikasina dina resonator cincin. Salaku tambahan, kami nyayogikeun karakteristik nonlinier χ(3) tina waveguide LToI.
Poin-poin Penting:
• Nawiskeun wafer LToI 4 inci dugi ka 6 inci, wafer litium tantalat pilem ipis, kalayan ketebalan lapisan luhur ti mimiti 100 nm dugi ka 1500 nm, ngamangpaatkeun téknologi domestik sareng prosés anu parantos dewasa.
• SINOI: Wafer pilem ipis silikon nitrida rugi ultra-rendah.
• SICOI: Substrat pilem ipis silikon karbida semi-insulating kamurnian luhur pikeun sirkuit terpadu fotonik silikon karbida.
• LTOI: Pesaing anu kuat pikeun wafer litium niobate, wafer litium tantalat pilem ipis.
• LNOI: LNOI 8 inci anu ngadukung produksi massal produk litium niobate pilem ipis skala anu langkung ageung.
Manufaktur dina Waveguides Insulator:Dina ieu panilitian, urang ngagunakeun wafer LToI 4 inci. Lapisan LT luhur nyaéta substrat LT potong-Y anu diputer 42° komérsial pikeun alat SAW, anu langsung dihijikeun kana substrat Si kalayan lapisan oksida termal kandel 3 µm, ngagunakeun prosés motong pinter. Gambar 1(a) nunjukkeun pandangan luhur wafer LToI, kalayan ketebalan lapisan LT luhur 200 nm. Urang meunteun karasana permukaan lapisan LT luhur nganggo mikroskop gaya atom (AFM).
Gambar 1.(a) Panempo luhur wafer LToI, (b) Gambar AFM tina beungeut lapisan LT luhur, (c) Gambar PFM tina beungeut lapisan LT luhur, (d) Penampang skematis tina pandu gelombang LToI, (e) Profil mode TE dasar anu diitung, sareng (f) Gambar SEM tina inti pandu gelombang LToI sateuacan déposisi lapisan luhur SiO2. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 1 (b), karasana beungeut kirang ti 1 nm, sareng teu aya garis goresan anu katingali. Salaku tambahan, kami nalungtik kaayaan polarisasi lapisan LT luhur nganggo mikroskop gaya réspon piezoelektrik (PFM), sakumaha anu digambarkeun dina Gambar 1 (c). Kami mastikeun yén polarisasi seragam dijaga bahkan saatos prosés beungkeutan.
Ngagunakeun substrat LToI ieu, urang ngadamel waveguide sapertos kieu. Mimitina, lapisan topéng logam diendapkeun pikeun étsa garing salajengna tina LT. Teras, litografi sinar éléktron (EB) dilakukeun pikeun nangtukeun pola inti waveguide di luhur lapisan topéng logam. Salajengna, urang mindahkeun pola tahan EB ka lapisan topéng logam ngalangkungan étsa garing. Saatos éta, inti waveguide LToI dibentuk nganggo étsa plasma résonansi siklotron éléktron (ECR). Pamungkas, lapisan topéng logam dipiceun ngalangkungan prosés baseuh, sareng lapisan SiO2 diendapkeun nganggo déposisi uap kimia anu ditingkatkeun plasma. Gambar 1 (d) nunjukkeun potongan melintang skematis tina waveguide LToI. Jangkungna inti total, jangkungna pelat, sareng lébar inti masing-masing nyaéta 200 nm, 100 nm, sareng 1000 nm. Catet yén lébar inti ngalegaan janten 3 µm di ujung waveguide pikeun gandéngan serat optik.
Gambar 1 (e) némbongkeun distribusi inténsitas optik anu diitung tina modeu listrik transversal dasar (TE) dina 1550 nm. Gambar 1 (f) némbongkeun gambar mikroskop éléktron scanning (SEM) tina inti pandu gelombang LToI sateuacan déposisi lapisan luhur SiO2.
Ciri-ciri Waveguide:Mimitina urang meunteun karakteristik leungitna linier ku cara ngasupkeun cahaya anu terpolarisasi TE tina sumber émisi spontan anu diamplifikasi ku panjang gelombang 1550 nm kana pandu gelombang LToI anu panjangna béda-béda. Karugian rambatan diala tina lamping hubungan antara panjang pandu gelombang sareng transmisi dina unggal panjang gelombang. Karugian rambatan anu diukur nyaéta 0,32, 0,28, sareng 0,26 dB/cm dina 1530, 1550, sareng 1570 nm, masing-masing, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2 (a). Pandu gelombang LToI anu didamel nunjukkeun kinerja leungitna rendah anu sami sareng pandu gelombang LNoI anu canggih [10].
Salajengna, urang meunteun nonlinieritas χ(3) ngaliwatan konvérsi panjang gelombang anu dihasilkeun ku prosés pencampuran opat gelombang. Urang ngasupkeun lampu pompa gelombang kontinyu dina 1550,0 nm sareng lampu sinyal dina 1550,6 nm kana pandu gelombang anu panjangna 12 mm. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 2 (b), inténsitas sinyal gelombang cahaya fase-konjugat (idler) ningkat kalayan ningkatna daya input. Sisipan dina Gambar 2 (b) nunjukkeun spéktrum kaluaran has tina pencampuran opat gelombang. Tina hubungan antara daya input sareng efisiensi konvérsi, urang ngira-ngira parameter nonlinier (γ) sakitar 11 W^-1m.
Gambar 3.(a) Gambar mikroskop tina resonator cingcin anu dijieun. (b) Spéktrum transmisi tina resonator cingcin kalayan rupa-rupa parameter celah. (c) Spéktrum transmisi anu diukur sareng dipasang Lorentzian tina resonator cingcin kalayan celah 1000 nm.
Salajengna, urang ngadamel resonator cingcin LToI sareng meunteun karakteristikna. Gambar 3 (a) nunjukkeun gambar mikroskop optik tina resonator cingcin anu didamel. Resonator cingcin ngagaduhan konfigurasi "pacuan kuda", anu diwangun ku daérah melengkung kalayan radius 100 µm sareng daérah lempeng panjangna 100 µm. Lebar celah antara cingcin sareng inti waveguide beus rupa-rupa dina paningkatan 200 nm, khususna dina 800, 1000, sareng 1200 nm. Gambar 3 (b) nampilkeun spéktra transmisi pikeun unggal celah, nunjukkeun yén rasio pamusnahan robih sareng ukuran celah. Tina spéktra ieu, urang nangtukeun yén celah 1000 nm nyayogikeun kaayaan gandéngan anu ampir kritis, sabab nunjukkeun rasio pamusnahan pangluhurna -26 dB.
Ngagunakeun resonator anu gandeng sacara kritis, urang ngira-ngira faktor kualitas (faktor Q) ku cara nyocogkeun spéktrum transmisi linier sareng kurva Lorentzian, kéngingkeun faktor Q internal 1,1 juta, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 3 (c). Numutkeun pangaweruh urang, ieu mangrupikeun demonstrasi munggaran tina resonator cincin LToI anu digandeng ku waveguide. Anu penting, nilai faktor Q anu urang kahontal langkung luhur tibatan resonator microdisk LToI anu digandeng ku serat [9].
Kacindekan:Kami ngembangkeun waveguide LToI kalayan leungitna 0,28 dB/cm dina 1550 nm sareng faktor Q resonator cincin 1,1 juta. Kinerja anu diala sami sareng waveguide LNoI low-loss anu canggih. Salaku tambahan, kami nalungtik nonlinieritas χ(3) tina waveguide LToI anu diproduksi pikeun aplikasi nonlinier dina chip.
Waktos posting: 20-Nop-2024