Résumé:Nou te devlope yon 1550 nm insulator ki baze sou ityòm tantalate waveguide ak yon pèt nan 0.28 dB / cm ak yon faktè bon jan kalite resonator bag nan 1.1 milyon dola. Yo te etidye aplikasyon χ(3) nonlinearity nan fotonik ki pa lineyè. Avantaj ki genyen nan niobat ityòm sou izolasyon (LNoI), ki montre ekselan pwopriyete ki pa lineyè χ(2) ak χ(3) ansanm ak gwo prizon optik akòz estrikti "izolan-sou" li yo, te mennen nan pwogrè enpòtan nan teknoloji waveguide pou ultrarapid. modulatè ak fotonik ki pa lineyè entegre [1-3]. Anplis LN, lityòm tantalate (LT) te envestige tou kòm yon materyèl fotonik ki pa lineyè. Konpare ak LN, LT gen yon pi gwo papòt domaj optik ak yon fenèt transparans optik pi laj [4, 5], byenke paramèt optik li yo, tankou endèks refraktif ak koyefisyan ki pa lineyè, yo sanble ak sa yo ki nan LN [6, 7]. Kidonk, LToI kanpe deyò kòm yon lòt materyèl kandida fò pou gwo pouvwa optik aplikasyon fotonik ki pa lineyè. Anplis, LToI ap vin tounen yon materyèl prensipal pou aparèy filtre sifas acoustic wave (SAW), aplikab nan gwo vitès mobil ak teknoloji san fil. Nan kontèks sa a, wafers LToI ka vin pi komen materyèl pou aplikasyon fotonik. Sepandan, jiska dat, sèlman kèk aparèy fotonik ki baze sou LToI yo te rapòte, tankou resonator mikwodisk [8] ak chanjman faz elektwo-optik [9]. Nan papye sa a, nou prezante yon gid ond LToI ki ba-pèt ak aplikasyon li nan yon resonator bag. Anplis de sa, nou bay χ(3) karakteristik ki pa lineyè gid ond LToI la.
Pwen kle:
• Ofri 4-pous a 6-pous LToI wafers, mens-fim ityòm Tantlate wafers, ak epesè kouch tèt sòti nan 100 nm a 1500 nm, itilize teknoloji domestik ak pwosesis matirite.
• SINOI: Ultra-ba pèt Silisyòm nitrure plak mens fim.
• SICOI: High-purity semi-izolasyon Silisyòm carbure substrats mens-fim pou sikui Silisyòm carbure fotonik entegre.
• LTOI: Yon konkiran fò nan niobat ityòm, plak mens-fim ityòm tantalate.
• LNOI: 8-pous LNOI sipòte pwodiksyon an mas nan pi gwo-echèl mens-fim pwodwi niobat ityòm.
Faktori sou Izolan Waveguides:Nan etid sa a, nou itilize wafers LToI 4-pous. Kouch LT an tèt la se yon substra LT komèsyal 42 ° wotasyon Y-koupe pou aparèy SAW, ki dirèkteman kole ak yon substra Si ak yon kouch oksid tèmik 3 µm epè, anplwaye yon pwosesis koupe entelijan. Figi 1 (a) montre yon gade anlè wafer LToI a, ak epesè kouch LT an tèt 200 nm. Nou evalye brutality sifas kouch LT an tèt la lè l sèvi avèk mikwoskopi fòs atomik (AFM).
Figi 1.(a) View anlè wafer LToI a, (b) imaj AFM sifas kouch LT anlè a, (c) imaj PFM sifas kouch LT anwo a, (d) Seksyon transvèsal chematik gid ond LToI la, (e) Kalkile pwofil mòd TE fondamantal, ak (f) imaj SEM nan nwayo LToI waveguide anvan depozisyon SiO2. Jan yo montre nan Figi 1 (b), brutality sifas la se mwens pase 1 nm, epi pa gen okenn liy grate yo te obsève. Anplis de sa, nou te egzamine eta polarizasyon kouch LT tèt la lè l sèvi avèk mikwoskòp fòs repons piezoelectric (PFM), jan sa montre nan Figi 1 (c). Nou konfime ke polarizasyon inifòm te kenbe menm apre pwosesis lyezon an.
Sèvi ak substra LToI sa a, nou fabrike waveguide la jan sa a. Premyèman, yo te depoze yon kouch mask metal pou gravure sèk ki vin apre nan LT la. Lè sa a, yo te fè litografi elèktron gwo bout bwa (EB) pou defini modèl nwayo waveguide la sou tèt kouch mask metal la. Apre sa, nou transfere modèl la reziste EB nan kouch mask metal la atravè grave sèk. Apre sa, nwayo a gid ond LToI te fòme lè l sèvi avèk elèktron siklotron sonorite (ECR) plasma grave. Finalman, yo te retire kouch mask metal la atravè yon pwosesis mouye, epi yo te depoze yon kouch SiO2 lè l sèvi avèk plasma-amelyore depo chimik vapè. Figi 1 (d) montre chema seksyon an nan gid ond LToI. Wotè debaz total, wotè plak la, ak lajè nwayo a se 200 nm, 100 nm, ak 1000 nm, respektivman. Remake byen ke lajè nwayo a elaji a 3 µm nan kwen gid ond pou kouple fib optik.
Figi 1 (e) montre distribisyon entansite optik kalkile nan mòd fondamantal transverse elektrik (TE) nan 1550 nm. Figi 1 (f) montre imaj mikwoskòp elèktron (SEM) nan nwayo gid ond LToI anvan depozisyon kouch SiO2 la.
Karakteristik Waveguide:Nou te premye evalye karakteristik pèt lineyè yo lè nou antre limyè TE-polarize ki soti nan yon sous emisyon espontane anplifye longèdonn 1550 nm nan gid ond LToI ki varye longè. Pèt pwopagasyon an te jwenn nan pant relasyon ki genyen ant longè ond ak transmisyon nan chak longèdonn. Pèt pwopagasyon mezire yo te 0.32, 0.28, ak 0.26 dB / cm nan 1530, 1550, ak 1570 nm, respektivman, jan yo montre nan Figi 2 (a). Gid ond LToI fabrike yo te montre pèfòmans konparab ki ba-pèt ak gid ond LNoI dènye modèl [10].
Apre sa, nou te evalye nonlinearite χ(3) atravè konvèsyon longèdonn ki te pwodwi pa yon pwosesis melanje kat onn. Nou antre yon limyè ponp vag kontinyèl nan 1550.0 nm ak yon limyè siyal nan 1550.6 nm nan yon gid ond 12 mm long. Jan yo montre nan Figi 2 (b), entansite siyal vag limyè faz-konjige (idler) ogmante ak ogmante pouvwa opinyon. Ankadreman an nan Figi 2 (b) montre spectre pwodiksyon tipik nan melanje kat onn yo. Soti nan relasyon ki genyen ant pouvwa opinyon ak efikasite konvèsyon, nou estime paramèt ki pa lineyè (γ) yo dwe apeprè 11 W ^ -1m.
Figi 3.(a) Imaj mikwoskòp resonator bag fabrike a. (b) Spectre transmisyon nan resonator bag la ak divès paramèt diferans. (c) spectre transmisyon mezire ak Lorentzian ekipe nan resonator bag la ak yon espas 1000 nm.
Apre sa, nou fabrike yon resonator bag LToI epi evalye karakteristik li yo. Figi 3 (a) montre imaj mikwoskòp optik resonator bag fabrike a. Resonator bag la gen yon konfigirasyon "ippodrome", ki gen ladan yon rejyon koube ak yon reyon 100 µm ak yon rejyon dwat 100 µm nan longè. Lajè diferans ki genyen ant bag la ak nwayo gid ond otobis la varye nan ogmantasyon 200 nm, espesyalman nan 800, 1000, ak 1200 nm. Figi 3 (b) montre spectre transmisyon yo pou chak espas, ki endike ke rapò disparisyon an chanje ak gwosè espas sa a. Soti nan spectre sa yo, nou detèmine ke diferans nan 1000 nm bay kondisyon kouple prèske kritik, paske li montre rapò ki pi wo a disparisyon nan -26 dB.
Sèvi ak resonatè a kritik makonnen, nou estime faktè a bon jan kalite (faktè Q) pa anfòm spectre transmisyon lineyè a ak yon koub Lorentzian, jwenn yon faktè Q entèn nan 1.1 milyon dola, jan yo montre nan Figi 3 (c). Dapre nou konnen, sa a se premye demonstrasyon yon resonator bag LToI ki makonnen ak ond. Miyò, valè faktè Q nou te reyalize a se siyifikativman pi wo pase sa ki nan fib-makonnen LToI microdisk resonators [9].
Konklizyon:Nou devlope yon gid ond LToI ak yon pèt 0.28 dB / cm nan 1550 nm ak yon faktè Q resonator bag nan 1.1 milyon dola. Pèfòmans yo jwenn yo konparab ak sa yo ki nan eta-of-atizay ki ba-pèt LNoI waveguides. Anplis de sa, nou te envestige nonlinearite χ(3) nan gid ond LToI manifaktire pou aplikasyon ki pa lineyè sou chip.
Tan poste: Nov-20-2024