Abstrak:Kami geus ngembangkeun hiji 1550 nm basis insulator litium tantalate waveguide kalawan leungitna 0,28 dB / cm sarta faktor kualitas ring resonator 1,1 juta. Aplikasi χ(3) nonlinier dina fotonik nonlinier geus ditalungtik. Kaunggulan tina litium niobate on insulator (LNoI), nu némbongkeun unggulan χ(2) jeung χ(3) sipat nonlinier babarengan jeung kurungan optik kuat alatan struktur "insulator-on" na, geus ngarah ka kamajuan signifikan dina téhnologi waveguide pikeun ultrafast. modulator jeung fotonik nonlinier terpadu [1-3]. Salian ti LN, litium tantalate (LT) ogé geus ditalungtik salaku bahan fotonik nonlinier. Dibandingkeun sareng LN, LT ngagaduhan ambang karusakan optik anu langkung luhur sareng jandela transparansi optik anu langkung lega [4, 5], sanaos parameter optikna, sapertos indéks réfraktif sareng koefisien nonlinier, sami sareng LN [6, 7]. Ku kituna, LToI nangtung kaluar salaku bahan calon kuat sejen pikeun aplikasi photonic nonlinier kakuatan optik tinggi. Sumawona, LToI janten bahan primér pikeun parangkat saringan gelombang akustik permukaan (SAW), lumaku dina téknologi sélulér sareng nirkabel berkecepatan tinggi. Dina kontéks ieu, wafer LToI tiasa janten bahan anu langkung umum pikeun aplikasi fotonik. Nanging, dugi ka ayeuna, ngan ukur sababaraha alat fotonik dumasar kana LToI anu dilaporkeun, sapertos resonator microdisk [8] sareng shifters fase elektro-optik [9]. Dina makalah ieu, urang nampilkeun hiji low-rugi LToI waveguide sarta aplikasi na dina resonator ring. Salaku tambahan, kami nyayogikeun ciri nonlinier χ(3) tina pandu gelombang LToI.
Poin konci:
• Nawiskeun 4 inci nepi ka 6 inci LToI wafers, ipis-pilem litium wafers tantalate, kalawan thicknesses lapisan luhur mimitian ti 100 nm mun 1500 nm, ngamangpaatkeun téhnologi domestik jeung prosés dewasa.
• SINOI: Ultra-low leungitna silikon nitride wafers pilem ipis.
• SICOI: High-purity semi-insulating silikon carbide substrat pilem ipis pikeun silikon carbide photonic sirkuit terpadu.
• LTOI: A saingan kuat pikeun litium niobate, ipis-pilem litium tantalate wafers.
• LNOI: 8 inci LNOI ngarojong produksi masal produk ipis-pilem litium niobate badag skala.
Manufaktur on Insulator Waveguides:Dina ulikan ieu, kami ngagunakeun wafer LToI 4 inci. Lapisan LT luhur mangrupikeun substrat LT Y-cut 42 ° komérsial pikeun alat SAW, anu langsung kabeungkeut kana substrat Si kalayan lapisan oksida termal kandel 3 µm, ngagunakeun prosés motong anu pinter. angka 1 (a) nembongkeun tempoan luhur tina wafer LToI, kalawan ketebalan lapisan LT luhur 200 nm. Kami ditaksir kasar permukaan lapisan LT luhur ngagunakeun mikroskop gaya atom (AFM).
Gambar 1.(a) Panempoan luhur wafer LToI, (b) Gambar AFM permukaan lapisan LT luhur, (c) Gambar PFM permukaan lapisan LT luhur, (d) Penampang skéma tina pandu gelombang LToI, (e) Ngitung profil mode dasar TE, sareng (f) gambar SEM tina inti waveguide LToI sateuacan déposisi overlayer SiO2. Ditémbongkeun saperti dina Gambar 1 (b), roughness permukaan kirang ti 1 nm, sarta henteu aya garis scratch nu katalungtik. Salaku tambahan, urang nalungtik kaayaan polarisasi lapisan LT luhur ngagunakeun mikroskop gaya respon piezoelektrik (PFM), sakumaha digambarkeun dina Gambar 1 (c). Kami negeskeun yén polarisasi seragam dijaga sanajan saatos prosés beungkeutan.
Ngagunakeun substrat LToI ieu, urang fabricated waveguide saperti kieu. Kahiji, lapisan topeng logam disimpen pikeun etching garing saterusna tina LT. Saterusna, electron beam (EB) lithography dipigawé pikeun nangtukeun pola inti waveguide dina luhureun lapisan topeng logam. Salajengna, urang mindahkeun pola nolak EB ka lapisan topeng logam via etching garing. Afterward, inti waveguide LToI kabentuk maké éléktron cyclotron résonansi (ECR) plasma etching. Tungtungna, lapisan topeng logam dipiceun ngaliwatan prosés baseuh, sarta overlayer SiO2 ieu disimpen maké déposisi uap kimia plasma-ditingkatkeun. Gambar 1 (d) nembongkeun schematic cross-bagian tina LToI waveguide. Jangkungna inti total, jangkungna plat, sareng rubak inti masing-masing 200 nm, 100 nm, sareng 1000 nm. Catet yén rubak inti ngalegaan ka 3 µm di tepi waveguide pikeun gandeng serat optik.
angka 1 (e) mintonkeun diitung distribusi inténsitas optik tina dasar transverse listrik (TE) mode dina 1550 nm. Gambar 1 (f) nembongkeun gambar scanning mikroskop éléktron (SEM) tina inti waveguide LToI saméméh déposisi tina overlayer SiO2.
Ciri Waveguide:Urang mimitina dievaluasi karakteristik leungitna linier ku inputting TE-polarized lampu tina panjang gelombang 1550 nm amplified sumber émisi spontan kana waveguides LToI panjang varying. Leungitna rambatan dicandak 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). Waveguides LToI anu didamel nunjukkeun kinerja rugi-rendah anu dibandingkeun sareng pandu gelombang LNoI canggih [10].
Salajengna, urang ditaksir χ(3) nonlinier ngaliwatan konversi panjang gelombang dihasilkeun ku prosés campur kode opat-gelombang. Urang input lampu pompa gelombang kontinyu dina 1550,0 nm jeung lampu sinyal dina 1550,6 nm kana waveguide panjang 12 mm. Ditémbongkeun saperti dina Gambar 2 (b), fase-conjugate (idler) inténsitas sinyal gelombang cahaya ngaronjat kalayan ngaronjatna kakuatan input. The inset dina Gambar 2 (b) nembongkeun spéktrum kaluaran has tina opat-gelombang campur kode. Tina hubungan antara kakuatan input sareng efisiensi konvérsi, kami ngira-ngira parameter nonlinier (γ) kirang langkung 11 W^-1m.
Gambar 3.(a) Gambar mikroskop tina resonator ring fabricated. (b) Transmisi spéktra tina resonator ring kalawan rupa-rupa parameter gap. (c) Spéktrum transmisi anu diukur sareng dipasang Lorentzian tina resonator cincin kalayan celah 1000 nm.
Salajengna, urang fabricated hiji resonator ring LToI sarta dievaluasi ciri na. angka 3 (a) nembongkeun gambar mikroskop optik tina resonator ring fabricated. Resonator ring gaduh konfigurasi "pacuan kuda", diwangun ku wewengkon melengkung kalayan radius 100 µm sarta wewengkon lempeng panjangna 100 µm. Lebar celah antara cingcin jeung inti waveguide beus variasina dina increments 200 nm, husus dina 800, 1000, jeung 1200 nm. Gambar 3 (b) mintonkeun spéktra transmisi pikeun tiap gap, nunjukkeun yén babandingan punah robah jeung ukuran gap. Tina spéktra ieu, urang nangtukeun yén gap 1000 nm nyadiakeun kaayaan gandeng ampir kritis, sabab némbongkeun rasio kapunahan pangluhurna -26 dB.
Ngagunakeun resonator gandeng kritis, urang estimasi faktor kualitas (faktor Q) ku pas spéktrum transmisi linier kalawan kurva Lorentzian, meunangkeun faktor Q internal 1,1 juta, ditémbongkeun saperti dina Gambar 3 (c). Pikeun pangaweruh urang, ieu téh demonstrasi munggaran tina resonator ring LToI waveguide-gandeng. Utamana, nilai faktor Q anu kami kahontal sacara signifikan langkung luhur tibatan resonator mikrodisk LToI anu dipasangkeun serat [9].
Kacindekan:Urang ngembangkeun hiji waveguide LToI kalayan leungitna 0,28 dB / cm dina 1550 nm sarta faktor Q resonator ring 1,1 juta. Kinerja anu dicandak tiasa dibandingkeun sareng pandu gelombang LNoI low-rugi canggih. Salaku tambahan, urang nalungtik χ(3) nonlinier tina pandu gelombang LToI anu diproduksi pikeun aplikasi nonlinier on-chip.
waktos pos: Nov-20-2024