Abstrakt:Biz 0,28 dB/sm3 ýitgisi we 1,1 million halkaly rezonatoryň hil faktory bilen 1550 nm izolýator esasly litium tantalat tolkun geçirijisini işläp düzdik. χ(3) çyzykly däl fotonikadaky ulanylyşy öwrenildi. "Izolýatoryň üstünde" gurluşy sebäpli güýçli optiki çäklendirme bilen birlikde ajaýyp χ(2) we χ(3) çyzykly däl häsiýetlerini görkezýän izolýatordaky litium niobatyň (LNoI) artykmaçlyklary ultra çalt modulýatorlar we integrasiýa edilen çyzykly däl fotonika üçin tolkun geçiriji tehnologiýasynda uly ösüşlere getirdi [1-3]. LN-den başga-da, litium tantalat (LT) hem çyzykly däl fotonik material hökmünde öwrenildi. LN bilen deňeşdirilende, LT-niň optiki zyýanyň ýokary çägi we has giň optiki açyklyk penjiresi bar [4, 5], emma onuň synma görkezijisi we çyzykly däl koeffisiýentler ýaly optiki parametrleri LN-iňkilere meňzeş [6, 7]. Şeýlelik bilen, LToI ýokary optiki kuwwatly çyzykly däl fotonik ulanylyşlar üçin ýene bir güýçli dalaşgär material hökmünde tapawutlanýar. Mundan başga-da, LToI ýokary tizlikli mobil we simsiz tehnologiýalarda ulanylýan ýerüsti akustik tolkun (SAW) süzgüç enjamlary üçin esasy materiala öwrülýär. Şu kontekstde, LToI waferleri fotonik ulanylyşlar üçin has köp ýaýran materiala öwrülip biler. Şeýle-de bolsa, şu güne çenli LToI esasynda döredilen fotonik enjamlaryň diňe birnäçesi, mysal üçin mikrodisk rezonatorlary [8] we elektro-optiki faza geçirijileri [9] barada habar berildi. Bu makalada biz pes ýitgili LToI tolkun geçirijisini we onuň halka rezonatorynda ulanylyşyny hödürleýäris. Mundan başga-da, biz LToI tolkun geçirijisiniň χ(3) çyzykly däl häsiýetlerini berýäris.
Esasy nokatlar:
• Ýerli tehnologiýany we ösen prosesleri ulanyp, ýokarky gatlagynyň galyňlygy 100 nm-den 1500 nm-e çenli bolan 4 dýuýmdan 6 dýuýma çenli LToI waferlerini, inçe plýonkaly litium tantalat waferlerini hödürleýär.
• SINOI: Ultra pes ýitgili kremniý nitridi inçe plýonkaly waferler.
• SICOI: Kremniý karbidiniň fotonik integral mikrosxemalary üçin ýokary arassa ýarym izolýasiýaly kremniý karbidiniň inçe plýonkaly substratlary.
• LTOI: Litiý niobaty, inçe plýonkaly litiý tantalaty plitalarynyň güýçli bäsdeşi.
• LNOI: 8 dýuýmlyk LNOI has uly göwrümli inçe plýonkaly litium niobatyň köpçülikleýin önümçiligini goldaýar.
Izolýator tolkun ýol görkezijilerinde önümçilik:Bu gözlegde biz 4 dýuýmlyk LToI waferlerini ulandyk. Ýokarky LT gatlagy SAW enjamlary üçin 42° öwrülýän Y-kesilen LT substraty bolup, ol akylly kesiş prosesini ulanyp, 3 µm galyňlykdaky termal oksid gatlagy bilen Si substratyna gönüden-göni birikdirilýär. 1(a) suratda ýokarky LT gatlagynyň galyňlygy 200 nm bolan LToI waferiniň ýokarky görnüşi görkezilýär. Biz ýokarky LT gatlagynyň ýüzüniň nagyşlygyny atom güýç mikroskopiýasyny (AFM) ulanyp bahalandyrdyk.
1-nji surat.(a) LToI waferiniň ýokarky görnüşi, (b) Ýokarky LT gatlagynyň ýüzüniň AFM şekili, (c) Ýokarky LT gatlagynyň ýüzüniň PFM şekili, (d) LToI tolkun geçirijisiniň shematiki kese-kesigi, (e) Hasaplanan esasy TE režiminiň profili we (f) SiO2 üstki gatlagynyň çökündisinden öň LToI tolkun geçirijisiniň özeniniň SEM şekili. 1-nji suratda (b) görkezilişi ýaly, ýüziň gödekligi 1 nm-den az we çyzyk çyzyklary syn edilmedi. Mundan başga-da, 1-nji suratda (c) görkezilişi ýaly, ýokarky LT gatlagynyň polýarizasiýa ýagdaýyny pýezoelektrik jogap güýji mikroskopiýasyny (PFM) ulanyp barladyk. Baglanyşyk prosesinden soň hem deň polýarizasiýanyň saklanýandygyny tassykladyk.
Bu LToI substratyny ulanyp, biz tolkun geçirijisini aşakdaky ýaly ýasadyk. Ilki bilen, LT-niň gurak aşındyrylmagy üçin metal maska gatlagy goýuldy. Soňra metal maska gatlagynyň üstünde tolkun geçirijisiniň özen nusgasyny kesgitlemek üçin elektron şöhle (EB) litografiýasy geçirildi. Soňra, EB garşylyk nusgasyny gurak aşındyryş arkaly metal maska gatlagyna geçirdik. Soňra, elektron siklotron rezonansy (ECR) plazma aşındyrylyşy ulanylyp, LToI tolkun geçirijisiniň özeni emele getirildi. Ahyrsoňy, metal maska gatlagy çygly proses arkaly aýryldy we plazma bilen güýçlendirilen himiki bug çökündirilişi ulanylyp, SiO2 örtük gatlagy goýuldy. 1-nji surat (d) LToI tolkun geçirijisiniň shematiki kese-kesigini görkezýär. Özeniň umumy beýikligi, plastinkanyň beýikligi we özeniň giňligi degişlilikde 200 nm, 100 nm we 1000 nm. Optiki süýümli birikme üçin özeniň giňliginiň tolkun geçirijisiniň gyrasynda 3 µm-e çenli giňelýändigine üns beriň.
1-nji suratda (e) esasy transvers elektrik (TE) režiminiň 1550 nm-de hasaplanan optiki intensiwlik paýlanyşy görkezilýär. 1-nji suratda (f) SiO2 örtük gatlagy çökdürilmezden öň LToI tolkun geçirijisiniň özeniniň skanerleýji elektron mikroskopynyň (SEM) şekili görkezilýär.
Tolkun geçirijisiniň häsiýetnamalary:Ilki bilen biz 1550 nm tolkun uzynlygy güýçlendirilen öz-özünden döreýän şöhle çeşmesinden TE-polýarlaşdyrylan yşygy dürli uzynlykdaky LToI tolkun geçirijilerine girizmek arkaly çyzykly ýitgi häsiýetnamalaryny bahalandyrdyk. Ýaýylma ýitgisi tolkun geçirijisiniň uzynlygy bilen her tolkun uzynlygynda geçirijiligiň arasyndaky gatnaşygyň eğiminden alyndy. Ölçenen ýaýrama ýitgileri 2-nji suratda (a) görkezilişi ýaly, degişlilikde 1530, 1550 we 1570 nm-de 0,32, 0,28 we 0,26 dB/sm2 boldy. Öndürilen LToI tolkun geçirijileri iň täze LNoI tolkun geçirijileri bilen deňeşdirip boljak pes ýitgili öndürijiligi görkezdi [10].
Soňra, dört tolkunly garyşdyryş prosesi arkaly döredilen tolkun uzynlygynyň öwrülmegi arkaly χ(3) çyzykly dälligini bahaladyk. 12 mm uzynlykdaky tolkun geçirijisine 1550,0 nm-de üznüksiz tolkun nasos çyrasyny we 1550,6 nm-de signal çyrasyny girizdik. 2-nji suratda (b) görkezilişi ýaly, faza konýugat (boş duran) çyra tolkun signalynyň intensiwligi giriş kuwwatynyň artmagy bilen artdy. 2-nji suratda (b) görkezilen goşmaça dört tolkunly garyşdyryşyň tipiki çykyş spektrini görkezýär. Giriş güýji bilen öwrüliş netijeliliginiň arasyndaky gatnaşykdan, çyzykly däl parametriň (γ) takmynan 11 W^-1m boljakdygyny çakladyk.
3-nji surat.(a) Öndürilen halkaly rezonatoryň mikroskop arkaly düşürilen şekili. (b) Dürli aralyk parametrleri bolan halkaly rezonatoryň geçirijilik spektrleri. (c) 1000 nm aralykly halkaly rezonatoryň ölçenen we Lorentsian bilen oturdylan geçirijilik spektri.
Soňra biz LToI halkaly rezonatoryny ýasadyk we onuň häsiýetlerini bahaladyk. 3-nji suratda (a) ýasalan halkaly rezonatoryň optiki mikroskop şekili görkezilýär. Halkaly rezonator radiusy 100 µm bolan egri sebitden we uzynlygy 100 µm bolan göni sebitden ybarat bolan "ýaryş ýoly" konfigurasiýasyna eýedir. Halka bilen şina tolkun geçirijisiniň özeni arasyndaky boşlugyň giňligi 200 nm aralyklarda, hususan-da 800, 1000 we 1200 nm-de üýtgeýär. 3-nji suratda (b) her boşluk üçin geçirijilik spektrleri görkezilýär, bu bolsa öçme gatnaşygynyň boşlugyň ululygyna görä üýtgeýändigini görkezýär. Bu spektrlerden biz 1000 nm boşlugyň -26 dB iň ýokary öçme gatnaşygyny görkezýänligi sebäpli, diýen ýaly möhüm baglanyşyk şertlerini üpjün edýändigini anykladyk.
Kritiki taýdan baglanyşykly rezonatory ulanyp, biz çyzykly geçirijilik spektrini Lorensiýa egrisi bilen utgaşdyrmak arkaly hil faktoryny (Q faktoryny) bahaladyk we 3-nji suratda (c) görkezilişi ýaly, 1,1 million içki Q faktoryny aldyk. Bilşimiz ýaly, bu tolkun geçirijisi bilen baglanyşykly LToI halkaly rezonatoryň ilkinji görkezilişidir. Belli bir zat, gazanan Q faktor gymmaty süýümli baglanyşykly LToI mikrodisk rezonatorlaryndan has ýokary [9].
Netije:Biz 1550 nm-de 0,28 dB/sm3 ýitgisi we 1,1 million halka rezonatorynyň Q faktory bolan LToI tolkun geçirijisini işläp düzdik. Alnan netije iň täze pes ýitgili LNoI tolkun geçirijileriniň netijesine deňdir. Mundan başga-da, biz çipdäki çyzykly däl ulanyşlar üçin öndürilen LToI tolkun geçirijisiniň χ(3) çyzykly däldigini öwrendik.
Ýerleşdirilen wagty: 20-nji noýabr 2024