Xülasə:Biz 0,28 dB/sm3 itkisi və 1,1 milyon halqa rezonator keyfiyyət faktoru ilə 1550 nm izolyator əsaslı litium tantalat dalğaötürücüsü hazırlamışıq. Qeyri-xətti fotonikalarda χ(3) qeyri-xəttiliyinin tətbiqi öyrənilmişdir. "İzolyator üzərində" quruluşuna görə güclü optik məhdudiyyətlə yanaşı, əla χ(2) və χ(3) qeyri-xətti xüsusiyyətləri nümayiş etdirən litium niobatın (LNoI) izolyator üzərində üstünlükləri ultrasürətli modulyatorlar və inteqrasiya olunmuş qeyri-xətti fotonika üçün dalğaötürücü texnologiyasında əhəmiyyətli irəliləyişlərə səbəb olmuşdur [1-3]. LN-ə əlavə olaraq, litium tantalat (LT) də qeyri-xətti fotonik material kimi araşdırılmışdır. LN ilə müqayisədə LT daha yüksək optik zədələnmə həddi və daha geniş optik şəffaflıq pəncərəsinə malikdir [4, 5], baxmayaraq ki, onun refraktiv indeks və qeyri-xətti əmsallar kimi optik parametrləri LN-nin parametrlərinə bənzəyir [6, 7]. Beləliklə, LToI yüksək optik güclü qeyri-xətti fotonik tətbiqlər üçün digər güclü namizəd material kimi seçilir. Bundan əlavə, LToI yüksək sürətli mobil və simsiz texnologiyalarda tətbiq olunan səthi akustik dalğa (SAW) filtr cihazları üçün əsas materiala çevrilir. Bu kontekstdə, LToI lövhələri fotonik tətbiqlər üçün daha çox yayılmış materiala çevrilə bilər. Lakin, bu günə qədər mikrodisk rezonatorları [8] və elektro-optik faza dəyişdiriciləri [9] kimi LToI-yə əsaslanan yalnız bir neçə fotonik cihaz bildirilmişdir. Bu məqalədə biz aşağı itkili LToI dalğa ötürücüsünü və onun halqa rezonatorunda tətbiqini təqdim edirik. Bundan əlavə, biz LToI dalğa ötürücüsünün χ(3) qeyri-xətti xüsusiyyətlərini təqdim edirik.
Əsas məqamlar:
• Yerli texnologiya və inkişaf etmiş proseslərdən istifadə edərək, üst təbəqə qalınlığı 100 nm-dən 1500 nm-ə qədər olan 4 düymdən 6 düym-ə qədər LToI lövhələri, nazik təbəqəli litium tantalat lövhələri təklif edirik.
• SINOI: Ultra aşağı itkili silikon nitrid nazik təbəqəli lövhələr.
• SICOI: Silikon karbid fotonik inteqral sxemlər üçün yüksək təmizlikli yarı izolyasiyalı silikon karbid nazik təbəqəli substratlar.
• LTOI: Litium niobat, nazik təbəqəli litium tantalat lövhələrinə güclü rəqibdir.
• LNOI: Daha böyük miqyaslı nazik təbəqəli litium niobat məhsullarının kütləvi istehsalını dəstəkləyən 8 düymlük LNOI.
İzolyator Dalğa Bələdçiləri üzərində İstehsal:Bu tədqiqatda biz 4 düymlük LToI lövhələrindən istifadə etdik. Üst LT təbəqəsi, ağıllı kəsmə prosesindən istifadə edərək, 3 µm qalınlığında termal oksid təbəqəsi ilə birbaşa Si substratına yapışdırılan SAW cihazları üçün kommersiya məqsədli 42° fırlanan Y-kəsikli LT substratıdır. Şəkil 1(a), üst LT təbəqəsinin qalınlığı 200 nm olan LToI lövhəsinin yuxarı görünüşünü göstərir. Atom qüvvəsi mikroskopiyası (AFM) istifadə edərək üst LT təbəqəsinin səth pürüzlülüyünü qiymətləndirdik.
Şəkil 1.(a) LToI lövhəsinin yuxarıdan görünüşü, (b) Üst LT təbəqəsinin səthinin AFM təsviri, (c) Üst LT təbəqəsinin səthinin PFM təsviri, (d) LToI dalğaötürücüsünün sxematik kəsiyi, (e) Hesablanmış fundamental TE rejimi profili və (f) SiO2 üst təbəqəsinin çökməsindən əvvəl LToI dalğaötürücü nüvəsinin SEM təsviri. Şəkil 1-də (b) göstərildiyi kimi, səthin pürüzlülüyü 1 nm-dən azdır və heç bir cızıq xətləri müşahidə edilməmişdir. Bundan əlavə, Şəkil 1-də (c) göstərildiyi kimi, üst LT təbəqəsinin polyarizasiya vəziyyətini pyezoelektrik cavab qüvvəsi mikroskopiyasından (PFM) istifadə edərək araşdırdıq. Bağlanma prosesindən sonra belə vahid polyarizasiyanın qorunub saxlanıldığını təsdiqlədik.
Bu LToI substratından istifadə edərək, dalğaötürəni aşağıdakı kimi hazırladıq. Əvvəlcə LT-nin sonrakı quru aşındırılması üçün metal maska təbəqəsi yerləşdirildi. Daha sonra metal maska təbəqəsinin üzərindəki dalğaötürəni nüvə naxışını təyin etmək üçün elektron şüası (EB) litoqrafiyası aparıldı. Daha sonra, EB müqavimət naxışını quru aşındırma yolu ilə metal maska təbəqəsinə köçürdük. Daha sonra, elektron siklotron rezonans (ECR) plazma aşındırması istifadə edilərək LToI dalğaötürəni nüvəsi formalaşdırıldı. Nəhayət, metal maska təbəqəsi yaş proses vasitəsilə çıxarıldı və plazma ilə gücləndirilmiş kimyəvi buxar çöküntüsü istifadə edilərək SiO2 üst təbəqəsi yerləşdirildi. Şəkil 1 (d) LToI dalğaötürəninin sxematik kəsiyini göstərir. Ümumi nüvə hündürlüyü, lövhə hündürlüyü və nüvə eni müvafiq olaraq 200 nm, 100 nm və 1000 nm-dir. Qeyd edək ki, optik lif birləşməsi üçün nüvə eni dalğaötürəni kənarında 3 µm-ə qədər genişlənir.
Şəkil 1 (e), 1550 nm-də fundamental eninə elektrik (TE) rejiminin hesablanmış optik intensivlik paylanmasını göstərir. Şəkil 1 (f), SiO2 üst təbəqəsinin çökməsindən əvvəl LToI dalğaötürücü nüvəsinin skanedici elektron mikroskopunun (SEM) təsvirini göstərir.
Dalğa bələdçisinin xüsusiyyətləri:Əvvəlcə xətti itki xüsusiyyətlərini 1550 nm dalğa uzunluğunda gücləndirilmiş spontan emissiya mənbəyindən TE-polyarlaşdırılmış işığı müxtəlif uzunluqlu LToI dalğa ötürücülərinə daxil etməklə qiymətləndirdik. Yayılma itkisi hər dalğa uzunluğunda dalğa ötürücüsünün uzunluğu ilə ötürülməsi arasındakı əlaqənin meylindən əldə edilmişdir. Şəkil 2 (a)-da göstərildiyi kimi, ölçülmüş yayılma itkiləri müvafiq olaraq 1530, 1550 və 1570 nm-də 0,32, 0,28 və 0,26 dB/sm2 təşkil etmişdir. Hazırlanmış LToI dalğa ötürücüləri ən müasir LNoI dalğa ötürücüləri ilə müqayisə edilə bilən aşağı itki performansı nümayiş etdirmişdir [10].
Daha sonra, dörd dalğalı qarışdırma prosesi nəticəsində yaranan dalğa uzunluğu çevrilməsi vasitəsilə χ(3) qeyri-xəttiliyini qiymətləndirdik. 12 mm uzunluğunda dalğaötürənə 1550.0 nm-də davamlı dalğa nasosu işığı və 1550.6 nm-də siqnal işığı daxil etdik. Şəkil 2(b)-də göstərildiyi kimi, faza-konjugat (boş) işıq dalğası siqnalının intensivliyi giriş gücü artdıqca artdı. Şəkil 2(b)-dəki əlavədə dörd dalğalı qarışdırmanın tipik çıxış spektri göstərilir. Giriş gücü ilə çevrilmə səmərəliliyi arasındakı əlaqədən qeyri-xətti parametrin (γ) təxminən 11 Vt^-1 m olduğunu təxmin etdik.
Şəkil 3.(a) Hazırlanmış halqa rezonatorunun mikroskop təsviri. (b) Müxtəlif boşluq parametrlərinə malik halqa rezonatorunun ötürmə spektrləri. (c) 1000 nm boşluğa malik halqa rezonatorunun ölçülmüş və Lorenzianla təchiz olunmuş ötürmə spektri.
Daha sonra, LToI halqa rezonatoru hazırladıq və onun xüsusiyyətlərini qiymətləndirdik. Şəkil 3 (a) hazırlanmış halqa rezonatorunun optik mikroskop təsvirini göstərir. Halqa rezonatoru, radiusu 100 µm olan əyri bölgədən və uzunluğu 100 µm olan düz bölgədən ibarət olan "yarış yolu" konfiqurasiyasına malikdir. Halqa və şin dalğaötürücü nüvəsi arasındakı boşluq eni, xüsusən də 800, 1000 və 1200 nm-də 200 nm artımlarla dəyişir. Şəkil 3 (b) hər boşluq üçün ötürmə spektrlərini göstərir ki, bu da sönmə nisbətinin boşluq ölçüsü ilə dəyişdiyini göstərir. Bu spektrlərdən müəyyən etdik ki, 1000 nm boşluq -26 dB ən yüksək sönmə nisbətini nümayiş etdirdiyi üçün demək olar ki, kritik birləşmə şərtləri təmin edir.
Kritik şəkildə birləşdirilmiş rezonatordan istifadə edərək, xətti ötürmə spektrini Lorenzian əyrisi ilə uyğunlaşdıraraq keyfiyyət faktorunu (Q faktoru) qiymətləndirdik və Şəkil 3 (c)-də göstərildiyi kimi 1,1 milyon daxili Q faktoru əldə etdik. Bildiyimiz qədər, bu, dalğaötürücü ilə birləşdirilmiş LToI halqa rezonatorunun ilk nümayişidir. Xüsusilə, əldə etdiyimiz Q faktoru dəyəri liflə birləşdirilmiş LToI mikrodisk rezonatorlarınınkından xeyli yüksəkdir [9].
Nəticə:1550 nm-də 0,28 dB/sm3 itkisi və 1,1 milyon halqa rezonator Q faktoru olan LToI dalğaötürəni hazırladıq. Əldə edilən performans müasir aşağı itkili LNoI dalğaötürəni ilə müqayisə edilə bilər. Bundan əlavə, çip üzərindəki qeyri-xətti tətbiqlər üçün istehsal olunmuş LToI dalğaötürəni χ(3) qeyri-xəttiliyini araşdırdıq.
Yazı vaxtı: 20 Noyabr 2024