Рэзюмэ:Мы распрацавалі хвалявод на аснове ізалятара з танталата літыя з даўжынёй хвалі 1550 нм са стратамі 0,28 дБ/см і каэфіцыентам якасці кальцавога рэзанатара 1,1 мільёна. Было вывучана прымяненне нелінейнасці χ(3) у нелінейнай фатоніцы. Перавагі ніабата літыя на ізалятары (LNoI), які дэманструе выдатныя нелінейныя ўласцівасці χ(2) і χ(3) разам з моцным аптычным абмежаваннем дзякуючы сваёй структуры "ізалятар на", прывялі да значнага прагрэсу ў тэхналогіі хваляводаў для звышхуткіх мадулятараў і інтэграванай нелінейнай фатонікі [1-3]. Акрамя LN, танталат літыя (LT) таксама даследаваўся 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 да параметраў LN [6, 7]. Такім чынам, LToI вылучаецца як яшчэ адзін моцны кандыдат на прымяненне ў нелінейнай фатоніцы з высокай аптычнай магутнасцю. Больш за тое, LToI становіцца асноўным матэрыялам для фільтраў паверхневых акустычных хваль (SAW), якія прымяняюцца ў высакахуткасных мабільных і бесправадных тэхналогіях. У гэтым кантэксце пласціны LToI могуць стаць больш распаўсюджанымі матэрыяламі для фатонных ужыванняў. Аднак на сённяшні дзень паведамлялася толькі пра некалькі фатонных прылад на аснове LToI, такіх як мікрадыскавыя рэзанатары [8] і электрааптычныя фазазрушвальнікі [9]. У гэтай працы мы прадстаўляем хвалявод LToI з нізкімі стратамі і яго прымяненне ў кальцавым рэзанатары. Акрамя таго, мы прадстаўляем нелінейныя характарыстыкі хвалявода LToI χ(3).
Ключавыя моманты:
• Прапануем пласціны LToI памерам ад 4 да 6 цаляў, тонкаплёнкавыя пласціны танталата літыя, з таўшчынёй верхняга пласта ад 100 нм да 1500 нм, з выкарыстаннем айчынных тэхналогій і адпрацаваных працэсаў.
• SINOI: Тонкаплёнкавыя пласціны з нітрыду крэмнію з ультранізкімі стратамі.
• SICOI: Высокачыстыя паўізаляцыйныя тонкаплёнкавыя падложкі з карбіду крэмнію для фатонных інтэгральных схем з карбіду крэмнію.
• LTOI: Моцны канкурэнт ніабату літыя, тонкаплёнкавыя пласціны танталата літыя.
• LNOI: 8-цалевы LNOI, які падтрымлівае масавую вытворчасць больш маштабных тонкаплёнкавых вырабаў з ніабата літыя.
Вытворчасць на ізаляцыйных хваляводах:У гэтым даследаванні мы выкарыстоўвалі 4-цалевыя пласціны LToI. Верхні пласт LT — гэта камерцыйная падкладка LT з паваротам на 42° у форме Y для прылад на паверхні акумулятарных хваль, якая непасрэдна злучана з крэмніевай падкладкай з дапамогай тэрмічнага аксіднага пласта таўшчынёй 3 мкм з выкарыстаннем інтэлектуальнага працэсу рэзкі. На малюнку 1(а) паказаны выгляд зверху на пласціну LToI з таўшчынёй верхняга пласта LT 200 нм. Шурпатасць паверхні верхняга пласта LT мы ацанілі з дапамогай атамна-сілавой мікраскапіі (АСМ).
Малюнак 1.(a) Выгляд зверху на пласціну LToI, (b) АСМ-выява паверхні верхняга пласта LT, (c) ПФМ-выява паверхні верхняга пласта LT, (d) Схематычны папярочны разрэз хвалявода LToI, (e) Разлічаны профіль асноўнай TE-моды і (f) СЭМ-выява стрыжня хвалявода LToI перад нанясеннем пласта SiO2. Як паказана на малюнку 1 (b), шурпатасць паверхні менш за 1 нм, і драпін не назіралася. Акрамя таго, мы даследавалі стан палярызацыі верхняга пласта LT з дапамогай п'езаэлектрычнай мікраскапіі сілы водгуку (ПФМ), як паказана на малюнку 1 (c). Мы пацвердзілі, што аднастайная палярызацыя захоўвалася нават пасля працэсу злучэння.
Выкарыстоўваючы гэтую падложку LToI, мы вырабілі хвалявод наступным чынам. Спачатку быў нанесены пласт металічнай маскі для наступнага сухога травлення LT. Затым была выканана электронна-прамянёвая (EB) літаграфія для вызначэння малюнка стрыжня хвалявода па-над пласта металічнай маскі. Далей мы перанеслі малюнак EB-рэзіста на пласт металічнай маскі з дапамогай сухога травлення. Пасля гэтага стрыжань хвалявода LToI быў сфарміраваны з дапамогай плазменнага травлення метадам электронна-цыклатроннага рэзанансу (ECR). Нарэшце, пласт металічнай маскі быў выдалены вільготным спосабам, і пакрыццё SiO2 было нанесена з дапамогай плазменна-ўзмоцненага хімічнага асаджэння з паравой фазы. На малюнку 1 (d) паказаны схематычны папярочны разрэз хвалявода LToI. Агульная вышыня стрыжня, вышыня пласціны і шырыня стрыжня складаюць 200 нм, 100 нм і 1000 нм адпаведна. Звярніце ўвагу, што шырыня стрыжня павялічваецца да 3 мкм на краі хвалявода для злучэння аптычнага валакна.
На малюнку 1 (e) паказана разлічанае размеркаванне аптычнай інтэнсіўнасці асноўнай папярочнай электрычнай (TE) моды пры 1550 нм. На малюнку 1 (f) паказана выява стрыжня хвалявода LToI, атрыманая з дапамогай сканіруючага электроннага мікраскопа (SEM), перад нанясеннем пласта SiO2.
Характарыстыкі хвалявода:Спачатку мы ацанілі характарыстыкі лінейных страт, падаючы TE-палярызаванае святло ад крыніцы спантаннага выпраменьвання з узмацненнем на даўжыні хвалі 1550 нм у хваляводы LToI рознай даўжыні. Страты распаўсюджвання былі атрыманы з нахілу залежнасці паміж даўжынёй хвалі і прапусканнем на кожнай даўжыні хвалі. Вымераныя страты распаўсюджвання склалі 0,32, 0,28 і 0,26 дБ/см пры 1530, 1550 і 1570 нм адпаведна, як паказана на малюнку 2 (а). Вырабленыя хваляводы LToI прадэманстравалі параўнальныя характарыстыкі з нізкімі стратамі ў параўнанні з сучаснымі хваляводамі LNoI [10].
Далей мы ацанілі нелінейнасць χ(3) праз пераўтварэнне даўжыні хвалі, атрыманае з дапамогай чатыроххвалевага працэсу змешвання. Мы падалі бесперапыннае выпраменьванне накачкі з даўжынёй хвалі 1550,0 нм і сігнальнае выпраменьванне з даўжынёй хвалі 1550,6 нм у хвалявод даўжынёй 12 мм. Як паказана на малюнку 2 (b), інтэнсіўнасць сігналу фазава-спражанай (халастай) светлавой хвалі павялічвалася са павелічэннем уваходнай магутнасці. Устаўка на малюнку 2 (b) паказвае тыповы выходны спектр чатыроххвалевага змешвання. Зыходзячы з суадносін паміж уваходнай магутнасцю і эфектыўнасцю пераўтварэння, мы ацанілі нелінейны параметр (γ) прыблізна ў 11 Вт^-1м.
Малюнак 3.(a) Мікраскапічны здымак вырабленага кальцавога рэзанатара. (b) Спектры прапускання кальцавога рэзанатара з рознымі параметрамі шчыліны. (c) Вымераны і апраксімаваны паводле Лорэнца спектр прапускання кальцавога рэзанатара з шчылінай 1000 нм.
Далей мы вырабілі кальцавы рэзанатар LToI і ацанілі яго характарыстыкі. На малюнку 3 (а) паказана выява вырабленага кальцавога рэзанатара, атрыманая з аптычнага мікраскопа. Кальцавы рэзанатар мае канфігурацыю "гоначнай дарожкі", якая складаецца з крывалінейнай вобласці з радыусам 100 мкм і прамой вобласці даўжынёй 100 мкм. Шырыня зазору паміж кольцам і стрыжнем шыннага хвалявода змяняецца з крокам 200 нм, у прыватнасці, на 800, 1000 і 1200 нм. На малюнку 3 (б) паказаны спектры прапускання для кожнага зазору, што паказвае, што каэфіцыент згасання змяняецца з памерам зазору. З гэтых спектраў мы вызначылі, што зазор 1000 нм забяспечвае амаль крытычныя ўмовы сувязі, паколькі ён дэманструе найвышэйшы каэфіцыент згасання -26 дБ.
Выкарыстоўваючы крытычна звязаны рэзанатар, мы ацанілі каэфіцыент якасці (Q-фактар) шляхам апраксімацыі лінейнага спектру прапускання крывой Лорэнца, атрымаўшы ўнутраны Q-фактар 1,1 мільёна, як паказана на малюнку 3 (c). Наколькі нам вядома, гэта першая дэманстрацыя кальцавога рэзанатара LToI, звязанага з хваляводам. Варта адзначыць, што дасягнутае намі значэнне Q-фактара значна вышэйшае, чым у мікрадыскавых рэзанатараў LToI, звязаных з валаконамі [9].
Выснова:Мы распрацавалі хвалявод LToI са стратамі 0,28 дБ/см пры 1550 нм і Q-фактарам кальцавога рэзанатара 1,1 мільёна. Атрыманыя характарыстыкі параўнальныя з характарыстыкамі сучасных хваляводаў LNoI з нізкімі стратамі. Акрамя таго, мы даследавалі нелінейнасць χ(3) вырабленага хвалявода LToI для нелінейных прымяненняў на чыпе.
Час публікацыі: 20 лістапада 2024 г.