सार:हामीले 0.28 dB/cm को नोक्सान र 1.1 मिलियन को रिंग रेजोनेटर गुणस्तर कारकको साथ 1550 nm इन्सुलेटर-आधारित लिथियम टेन्टालेट वेभगाइड विकास गरेका छौं। ननलाइनर फोटोनिक्समा χ(3) nonlinearity को आवेदन अध्ययन गरिएको छ। इन्सुलेटर (LNoI) मा लिथियम निओबेटका फाइदाहरू, जसले उत्कृष्ट χ(2) र χ(3) ननलाइनर गुणहरू प्रदर्शन गर्दछ र यसको "इन्सुलेटर-अन" संरचनाको कारणले बलियो अप्टिकल कन्फिमेन्टको साथ, अल्ट्राफास्टको लागि वेभगाइड टेक्नोलोजीमा महत्त्वपूर्ण प्रगति गरेको छ। मोड्युलेटर्स र एकीकृत ननलाइनर फोटोनिक्स [१-३]। LN को अतिरिक्त, लिथियम ट्यान्टलेट (LT) लाई पनि गैर-रेखीय फोटोनिक सामग्रीको रूपमा अनुसन्धान गरिएको छ। LN को तुलनामा, LT सँग उच्च अप्टिकल क्षति थ्रेसहोल्ड र फराकिलो अप्टिकल पारदर्शिता विन्डो [4, 5] छ, यद्यपि यसको अप्टिकल प्यारामिटरहरू, जस्तै अपवर्तक सूचकांक र गैररेखीय गुणांकहरू, LN [6, 7] सँग मिल्दोजुल्दो छन्। यसैले, LToI उच्च अप्टिकल पावर ननलाइनर फोटोनिक अनुप्रयोगहरूको लागि अर्को बलियो उम्मेद्वार सामग्रीको रूपमा खडा छ। यसबाहेक, LToI सतह ध्वनिक तरंग (SAW) फिल्टर उपकरणहरूको लागि प्राथमिक सामग्री बनिरहेको छ, उच्च गतिको मोबाइल र वायरलेस प्रविधिहरूमा लागू हुन्छ। यस सन्दर्भमा, LToI वेफर्स फोटोनिक अनुप्रयोगहरूको लागि अधिक सामान्य सामग्री हुन सक्छ। यद्यपि, आजसम्म, LToI मा आधारित केही फोटोनिक उपकरणहरू मात्र रिपोर्ट गरिएको छ, जस्तै माइक्रोडिस्क रेजोनेटरहरू [8] र इलेक्ट्रो-ओप्टिक चरण शिफ्टरहरू [9]। यस पेपरमा, हामी एक कम घाटा LToI वेभगाइड र रिंग रेजोनेटरमा यसको अनुप्रयोग प्रस्तुत गर्दछौं। थप रूपमा, हामी LToI waveguide को χ(3) nonlinear विशेषताहरू प्रदान गर्दछौं।
मुख्य बुँदाहरू:
• घरेलु प्रविधि र परिपक्व प्रक्रियाहरू प्रयोग गरी 100 nm देखि 1500 nm सम्मको माथिल्लो तहको मोटाईका साथ 4-इन्चदेखि 6-इन्च LToI वेफरहरू, पातलो-फिल्म लिथियम टेन्टालेट वेफरहरू प्रदान गर्दै।
• SINOI: अल्ट्रा-लो हानि सिलिकन नाइट्राइड पातलो-फिल्म वेफर्स।
• SICOI: सिलिकन कार्बाइड फोटोनिक एकीकृत सर्किटहरूको लागि उच्च-शुद्धता अर्ध-इन्सुलेट सिलिकन कार्बाइड पातलो-फिल्म सब्सट्रेटहरू।
• LTOI: लिथियम niobate, पातलो-फिल्म लिथियम ट्यान्टालेट वेफर्स को एक बलियो प्रतिस्पर्धी।
• LNOI: 8-इन्च LNOI ले ठूला-ठूला पातलो-फिल्म लिथियम निओबेट उत्पादनहरूको ठूलो उत्पादनलाई समर्थन गर्दछ।
इन्सुलेटर वेभगाइडहरूमा निर्माण:यस अध्ययनमा, हामीले 4-इन्च LToI वेफर्स प्रयोग गर्यौं। माथिल्लो LT लेयर SAW यन्त्रहरूका लागि व्यावसायिक 42° घुमाइएको Y-cut LT सब्सट्रेट हो, जुन 3 µm बाक्लो थर्मल अक्साइड तहको साथ सिधै सि सब्सट्रेटमा बाँडिएको हुन्छ, जसले स्मार्ट काट्ने प्रक्रियालाई नियोजित गर्छ। चित्र 1(a) ले LToI वेफरको शीर्ष दृश्य देखाउँछ, 200 nm को शीर्ष LT तह मोटाईको साथ। हामीले परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (AFM) को प्रयोग गरेर शीर्ष LT तहको सतह खुरदरापनको मूल्याङ्कन गर्यौं।
चित्र १।(a) LToI वेफरको शीर्ष दृश्य, (b) शीर्ष LT तहको सतहको AFM छवि, (c) शीर्ष LT तहको सतहको PFM छवि, (d) LToI वेभगाइडको योजनाबद्ध क्रस-सेक्शन, (e) गणना गरिएको आधारभूत TE मोड प्रोफाइल, र (f) SiO2 ओभरलेयर डिपोजिसन अघि LToI वेभगाइड कोरको SEM छवि। चित्र 1 (b) मा देखाइए अनुसार, सतहको नरमपन 1 nm भन्दा कम छ, र कुनै स्क्र्याच लाइनहरू अवलोकन गरिएन। थप रूपमा, हामीले पिजोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया बल माइक्रोस्कोपी (PFM) को प्रयोग गरेर शीर्ष LT तहको ध्रुवीकरण अवस्थाको जाँच गर्यौं, चित्र 1 (c) मा चित्रण गरिए अनुसार। हामीले बन्धन प्रक्रिया पछि पनि समान ध्रुवीकरण कायम भएको पुष्टि गर्यौं।
यो LToI सब्सट्रेट प्रयोग गरेर, हामीले वेभगाइडलाई निम्नानुसार बनायौं। पहिले, एलटीको पछिको सुख्खा नक्काशीको लागि धातुको मास्क तह जम्मा गरिएको थियो। त्यसपछि, इलेक्ट्रोन बीम (EB) लिथोग्राफी मेटल मास्क तहको शीर्षमा वेभगाइड कोर ढाँचा परिभाषित गर्न प्रदर्शन गरिएको थियो। अर्को, हामीले EB प्रतिरोधी ढाँचालाई सुक्खा नक्काशी मार्फत धातु मास्क तहमा स्थानान्तरण गर्यौं। पछि, LToI वेभगाइड कोर इलेक्ट्रोन साइक्लोट्रोन अनुनाद (ECR) प्लाज्मा नक्काशी प्रयोग गरेर गठन गरिएको थियो। अन्तमा, मेटल मास्क तहलाई भिजेको प्रक्रिया मार्फत हटाइयो, र प्लाज्मा-बढाइएको रासायनिक वाष्प निक्षेप प्रयोग गरेर SiO2 ओभरलेयर जम्मा गरियो। चित्र 1 (d) ले LToI waveguide को योजनाबद्ध क्रस-सेक्शन देखाउँछ। कुल कोर उचाइ, प्लेट उचाइ, र कोर चौडाइ क्रमशः 200 एनएम, 100 एनएम, र 1000 एनएम हो। ध्यान दिनुहोस् कि कोर चौडाइ अप्टिकल फाइबर युग्मनका लागि वेभगाइड किनारामा 3 µm मा विस्तार हुन्छ।
चित्र 1 (e) ले 1550 nm मा आधारभूत ट्रान्सभर्स इलेक्ट्रिक (TE) मोडको गणना गरिएको अप्टिकल तीव्रता वितरण प्रदर्शन गर्दछ। चित्र 1 (f) ले SiO2 ओभरलेयरको निक्षेप अघि LToI वेभगाइड कोरको स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप (SEM) छवि देखाउँछ।
Waveguide विशेषताहरू:हामीले पहिलो पटक विभिन्न लम्बाइको LToI वेभगाइडहरूमा 1550 एनएम तरंगदैर्ध्य एम्प्लीफाइड सहज उत्सर्जन स्रोतबाट TE-ध्रुवीकृत प्रकाश इनपुट गरेर रैखिक हानि विशेषताहरूको मूल्याङ्कन गर्यौं। प्रत्येक तरंगदैर्ध्यमा वेभगाइड लम्बाइ र प्रसारण बीचको सम्बन्धको ढलानबाट प्रचार हानि प्राप्त गरिएको थियो। मापन गरिएको प्रचार हानिहरू 0.32, 0.28, र 0.26 dB/cm मा क्रमशः 1530, 1550, र 1570 nm थिए, चित्र 2 (a) मा देखाइए अनुसार। निर्मित LToI वेभगाइडहरूले अत्याधुनिक LNoI वेभगाइडहरू [10] सँग तुलनात्मक कम-हानि प्रदर्शन प्रदर्शन गर्यो।
अर्को, हामीले चार-तरंग मिश्रण प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न तरंगदैर्ध्य रूपान्तरण मार्फत χ(3) nonlinearity को मूल्याङ्कन गर्यौं। हामीले 1550.0 nm मा निरन्तर वेभ पम्प लाइट र 1550.6 nm मा सिग्नल लाइट 12 मिमी लामो वेभगाइडमा इनपुट गर्छौं। चित्र 2 (b) मा देखाइए अनुसार, फेज-कन्जुगेट (आइडलर) लाइट वेभ सिग्नलको तीव्रता बढ्दो इनपुट पावरसँग बढ्यो। चित्र 2 (b) मा इनसेटले चार-तरंग मिश्रणको विशिष्ट आउटपुट स्पेक्ट्रम देखाउँछ। इनपुट पावर र रूपान्तरण दक्षता बीचको सम्बन्धबाट, हामीले ननलाइनर प्यारामिटर (γ) लगभग 11 W^-1m हुने अनुमान गर्यौं।
चित्र ३।(a) निर्मित रिंग रेजोनेटरको माइक्रोस्कोप छवि। (b) विभिन्न ग्याप प्यारामिटरहरूको साथ रिंग रेजोनेटरको ट्रान्समिशन स्पेक्ट्रा। (c) मापन गरिएको र 1000 nm को अन्तरको साथ रिंग रिजोनेटरको Lorentzian-फिट गरिएको ट्रान्समिशन स्पेक्ट्रम।
अर्को, हामीले एक LToI रिंग रिजोनेटर बनायौं र यसको विशेषताहरू मूल्याङ्कन गर्यौं। चित्र 3 (a) ले निर्मित रिंग रिजोनेटरको अप्टिकल माइक्रोस्कोप छवि देखाउँछ। घण्टी रेजोनेटरले १०० µm को त्रिज्या र १०० µm लम्बाइको सीधा क्षेत्र भएको घुमाउरो क्षेत्र समावेश गरी "रेसट्र्याक" कन्फिगरेसन सुविधा दिन्छ। रिंग र बस वेभगाइड कोर बीचको अन्तर चौडाइ 200 एनएमको वृद्धिमा भिन्न हुन्छ, विशेष गरी 800, 1000, र 1200 एनएममा। चित्र 3 (b) ले प्रत्येक अन्तरको लागि प्रसारण स्पेक्ट्रा देखाउँदछ, विलुप्त हुने अनुपात ग्याप साइजसँग परिवर्तन हुन्छ भनेर संकेत गर्दछ। यी स्पेक्ट्राबाट, हामीले निर्धारण गर्यौं कि 1000 nm अंतरले लगभग महत्वपूर्ण युग्मन अवस्थाहरू प्रदान गर्दछ, किनकि यसले -26 dB को उच्चतम विलुप्तता अनुपात प्रदर्शन गर्दछ।
आलोचनात्मक युगल रेजोनेटर प्रयोग गरेर, हामीले चित्र 3 (c) मा देखाइए अनुसार, 1.1 मिलियनको आन्तरिक Q कारक प्राप्त गर्दै, लोरेन्ट्जियन कर्भसँग रैखिक प्रसारण स्पेक्ट्रम फिट गरेर गुणस्तर कारक (Q कारक) अनुमान गर्यौं। हाम्रो ज्ञानमा, यो वेभगाइड-जोडिएको LToI रिंग रिजोनेटरको पहिलो प्रदर्शन हो। विशेष रूपमा, हामीले हासिल गरेको Q कारक मान फाइबर-जोडिएको LToI माइक्रोडिस्क रेजोनेटरहरू भन्दा उल्लेखनीय रूपमा उच्च छ [9]।
निष्कर्ष:हामीले 1550 nm मा 0.28 dB/cm को हानि र 1.1 मिलियन को रिंग रेजोनेटर Q कारकको साथ LToI वेभगाइड विकास गर्यौं। प्राप्त प्रदर्शन अत्याधुनिक कम घाटा LNoI waveguides को तुलनात्मक छ। थप रूपमा, हामीले अन-चिप ननलाइनर अनुप्रयोगहरूको लागि निर्मित LToI वेभगाइडको χ(3) nonlinearity अनुसन्धान गर्यौं।
पोस्ट समय: नोभेम्बर-20-2024