Анатацыя:Мы распрацавалі хвалявод на аснове ізалятара танталата літыя 1550 нм са стратамі 0,28 дБ/см і каэфіцыентам якасці кальцавога рэзанатара 1,1 мільёна. Даследавана прымяненне нелінейнасці χ(3) у нелінейнай фатоніцы. Перавагі ніябату літыя на ізалятары (LNoI), які дэманструе выдатныя нелінейныя ўласцівасці χ(2) і χ(3), а таксама моцнае аптычнае абмежаванне дзякуючы сваёй структуры «на ізалятары», прывялі да значнага прагрэсу ў хвалеводнай тэхналогіі для звышхуткіх мадулятары і інтэграваная нелінейная фатоніка [1-3]. У дадатак да LN, танталат літыя (LT) таксама быў даследаваны як нелінейны фатонны матэрыял. У параўнанні з LN, LT мае больш высокі парог аптычнага пашкоджання і больш шырокае акно аптычнай празрыстасці [4, 5], хоць яго аптычныя параметры, такія як паказчык праламлення і нелінейныя каэфіцыенты, падобныя на параметры LN [6, 7]. Такім чынам, LToI вылучаецца як яшчэ адзін моцны кандыдат у матэрыял для нелінейных фатонных прыкладанняў з высокай аптычнай магутнасцю. Больш за тое, LToI становіцца асноўным матэрыялам для прылад фільтрацыі паверхневых акустычных хваль (ПАВ), якія прымяняюцца ў высакахуткасных мабільных і бесправадных тэхналогіях. У гэтым кантэксце пласціны LToI могуць стаць больш распаўсюджанымі матэрыяламі для фатонных прыкладанняў. Аднак на сённяшні дзень паведамлялася толькі аб некалькіх фатонных прыладах, заснаваных на LToI, такіх як мікрадыскавыя рэзанатары [8] і электрааптычныя фазовращатели [9]. У гэтым артыкуле мы прадстаўляем хвалявод LToI з нізкімі стратамі і яго прымяненне ў кальцавым рэзанатары. Акрамя таго, мы прадстаўляем нелінейныя характарыстыкі χ(3) хвалявода LToI.
Ключавыя моманты:
• Прапанова пласцін LToI памерам ад 4 да 6 цаляў, тонкаплёнкавых пласцін з танталата літыя, з таўшчынёй верхняга пласта ад 100 нм да 1500 нм, з выкарыстаннем айчыннай тэхналогіі і адпрацаваных працэсаў.
• SINOI: тонкаплёнкавыя пласціны з нітрыду крэмнію са звышнізкімі стратамі.
• SICOI: паўізаляцыйныя тонкаплёнкавыя падкладкі з карбіду крэмнію высокай чысціні для фатонных інтэгральных схем з карбіду крэмнія.
• LTOI: Моцны канкурэнт ніябату літыя, тонкаплёнкавыя пласціны танталата літыя.
• LNOI: 8-цалевы LNOI падтрымлівае масавую вытворчасць больш буйнамаштабнай тонкаплёнкавай прадукцыі з ніябату літыя.
Вытворчасць на ізалятарных хваляводах:У гэтым даследаванні мы выкарыстоўвалі 4-цалевыя пласціны LToI. Верхні LT-слой - гэта камерцыйная LT-падкладка з павернутым на 42° Y-разрэзам для прылад SAW, якая непасрэдна злучана з падкладкай Si з выкарыстаннем цеплавога аксіднага пласта таўшчынёй 3 мкм з выкарыстаннем разумнага працэсу рэзкі. На малюнку 1(a) паказаны выгляд зверху пласціны LToI з таўшчынёй верхняга пласта LT 200 нм. Мы ацанілі шурпатасць паверхні верхняга пласта LT з дапамогай атамна-сілавой мікраскапіі (АСМ).
Малюнак 1.(a) Выгляд зверху пласціны LToI, (b) AFM-выява паверхні верхняга пласта LT, (c) PFM-выява паверхні верхняга пласта LT, (d) Схема папярочнага разрэзу хвалявода LToI, (Е) Разліковы фундаментальны профіль рэжыму TE і (е) СЭМ выява стрыжня хвалявода LToI перад нанясеннем накладнога пласта SiO2. Як паказана на малюнку 1 (b), шурпатасць паверхні менш за 1 нм, і ніякіх драпін не назіралася. Акрамя таго, мы даследавалі стан палярызацыі верхняга пласта LT з дапамогай мікраскапіі сілы п'езаэлектрычнага адказу (PFM), як паказана на малюнку 1 (c). Мы пацвердзілі, што аднастайная палярызацыя захоўвалася нават пасля працэсу злучэння.
Выкарыстоўваючы гэтую падкладку LToI, мы вырабілі хвалявод наступным чынам. Спачатку быў нанесены пласт металічнай маскі для наступнага сухога тручэння LT. Затым была выканана электронна-прамянёвая літаграфія, каб вызначыць малюнак стрыжня хвалявода на вяршыні пласта металічнай маскі. Затым мы перанеслі ўзор EB-рэзіста на пласт металічнай маскі з дапамогай сухога тручэння. Пасля гэтага ядро хвалявода LToI было сфарміравана з дапамогай плазменнага тручэння электроннага цыклатроннага рэзанансу (ECR). Нарэшце, пласт металічнай маскі быў выдалены з дапамогай мокрага працэсу, і пласт SiO2 быў нанесены з дапамогай плазменнага хімічнага нанясення з пара. На малюнку 1 (d) паказаны схематычны разрэз хвалявода LToI. Агульная вышыня ядра, вышыня пласціны і шырыня ядра складаюць адпаведна 200 нм, 100 нм і 1000 нм. Звярніце ўвагу, што шырыня стрыжня пашыраецца да 3 мкм на краі хвалявода для злучэння аптычнага валакна.
На малюнку 1 (e) паказана разлічанае размеркаванне аптычнай інтэнсіўнасці фундаментальнай папярочнай электрычнай (TE) моды пры 1550 нм. На малюнку 1 (f) паказана выява стрыжня хвалявода LToI перад нанясеннем пласта SiO2, атрыманая са сканіруючага электроннага мікраскопа (SEM).
Характарыстыкі хвалявода:Спачатку мы ацанілі лінейныя характарыстыкі страт, увёўшы TE-палярызаванае святло ад крыніцы спантанага выпраменьвання з даўжынёй хвалі 1550 нм у хваляводы LToI рознай даўжыні. Страты пры распаўсюджванні былі атрыманы з нахілу залежнасці паміж даўжынёй хвалявода і прапусканнем на кожнай даўжыні хвалі. Вымераныя страты пры распаўсюджванні складалі 0,32, 0,28 і 0,26 дБ/см пры 1530, 1550 і 1570 нм адпаведна, як паказана на малюнку 2 (a). Вырабленыя хваляводы LToI паказалі прадукцыйнасць з нізкімі стратамі, параўнальную з сучаснымі хваляводамі LNoI [10].
Затым мы ацанілі нелінейнасць χ(3) з дапамогай пераўтварэння даўжыні хвалі, створанага працэсам чатыроххвалевага змешвання. Мы ўводзім святло бесперапыннай хвалі накачкі на 1550,0 нм і сігнальнае святло на 1550,6 нм у хвалявод даўжынёй 12 мм. Як паказана на малюнку 2 (b), інтэнсіўнасць сігналу светлавой хвалі са спалучанай фазай (халастым ходам) павялічвалася з павелічэннем уваходнай магутнасці. Устаўка на малюнку 2 (b) паказвае тыповы выхадны спектр чатыроххвалевага змешвання. Зыходзячы з залежнасці паміж уваходнай магутнасцю і эфектыўнасцю пераўтварэння, мы ацанілі нелінейны параметр (γ) прыкладна ў 11 Вт^-1м.
Малюнак 3.(А) Выява вырабленага кальцавога рэзанатара пад мікраскопам. (Б) Спектры прапускання кальцавога рэзанатара з рознымі параметрамі зазору. (С) Вымераны і аптымізаваны па Лорэнца спектр прапускання кальцавога рэзанатара з зазорам 1000 нм.
Затым мы вырабілі кальцавы рэзанатар LToI і ацанілі яго характарыстыкі. На малюнку 3 (а) паказаны малюнак вырабленага кальцавога рэзанатара, зроблены пад аптычным мікраскопам. Кальцавой рэзанатар мае канфігурацыю "іпадрома", якая складаецца з выгнутай вобласці радыусам 100 мкм і прамой вобласці даўжынёй 100 мкм. Шырыня зазору паміж кольцам і стрыжнем хвалявода шыны змяняецца з крокам 200 нм, у прыватнасці, на 800, 1000 і 1200 нм. Малюнак 3 (б) адлюстроўвае спектр прапускання для кожнага зазору, паказваючы, што каэфіцыент экстинкции змяняецца з памерам зазору. З гэтых спектраў мы вызначылі, што прамежак у 1000 нм забяспечвае амаль крытычныя ўмовы сувязі, паколькі ён мае самы высокі каэфіцыент згасання -26 дБ.
Выкарыстоўваючы крытычна звязаны рэзанатар, мы ацанілі каэфіцыент якасці (добротнасць), падагнаўшы лінейны спектр прапускання з дапамогай крывой Лорэнца, атрымаўшы ўнутраны каэфіцыент добрасці 1,1 мільёна, як паказана на малюнку 3 (c). Наколькі нам вядома, гэта першая дэманстрацыя кальцавога рэзанатара LToI, звязанага з хваляводам. Характэрна, што значэнне Q-каэфіцыента, якое мы дасягнулі, значна вышэйшае, чым у валаконна-спалучаных мікрадыскавых рэзанатараў LToI [9].
Выснова:Мы распрацавалі хвалявод LToI са стратамі 0,28 дБ/см пры 1550 нм і каэфіцыентам добрасці кальцавога рэзанатара 1,1 мільёна. Атрыманая прадукцыйнасць параўнальная з прадукцыйнасцю сучасных хваляводаў LNoI з малымі стратамі. Акрамя таго, мы даследавалі нелінейнасць χ(3) вырабленага хвалявода LToI для нелінейных прыкладанняў на чыпе.
Час публікацыі: 20 лістапада 2024 г