Rezime:Nou devlope yon gid vag tantalat lityòm ki baze sou izolan 1550 nm ak yon pèt 0.28 dB/cm ak yon faktè kalite rezonatè bag 1.1 milyon. Yo etidye aplikasyon nonlinearite χ(3) nan fotonik nonlineyè. Avantaj niobat lityòm sou izolan (LNoI), ki montre ekselan pwopriyete nonlineyè χ(2) ak χ(3) ansanm ak yon konfinman optik solid akòz estrikti "izolan-sou" li a, mennen nan pwogrè siyifikatif nan teknoloji gid vag pou modilatè ultra rapid ak fotonik nonlineyè entegre [1-3]. Anplis LN, yo te envestige tantalat lityòm (LT) tou kòm yon materyèl fotonik nonlineyè. Konpare ak LN, LT gen yon papòt domaj optik ki pi wo ak yon fenèt transparans optik ki pi laj [4, 5], byenke paramèt optik li yo, tankou endis refraksyon ak koyefisyan nonlineyè, yo sanble ak sa yo ki nan LN [6, 7]. Kidonk, LToI kanpe kòm yon lòt materyèl kandida solid pou aplikasyon fotonik non lineyè ki gen gwo puisans optik. Anplis, LToI ap vin tounen yon materyèl prensipal pou aparèy filtre vag akoustik sifas (SAW), ki aplikab nan teknoloji mobil ak san fil gwo vitès. Nan kontèks sa a, tranch LToI yo ka vin materyèl ki pi komen pou aplikasyon fotonik. Sepandan, jiska prezan, se sèlman kèk aparèy fotonik ki baze sou LToI ki te rapòte, tankou rezonatè mikwodisk [8] ak chanjman faz elektwo-optik [9]. Nan atik sa a, nou prezante yon gid vag LToI ki gen ti pèt ak aplikasyon li nan yon rezonatè bag. Anplis de sa, nou bay karakteristik non lineyè χ(3) gid vag LToI a.
Pwen kle yo:
• Ofri waf LToI 4 pous rive 6 pous, waf tantalat ityòm fim mens, ak epesè kouch siperyè ki varye ant 100 nm ak 1500 nm, lè l sèvi avèk teknoloji lokal ak pwosesis ki byen devlope.
• SINOI: Plak mens nitrid silikon ki gen pèt ultra ba.
• SICOI: Substra fim mens semi-izolan Silisyòm karbid ki gen gwo pite pou sikui entegre fotonik Silisyòm karbid.
• LTOI: Yon gwo konpetitè pou niobat ityòm, tranch tantalat ityòm fim mens.
• LNOI: LNOI 8 pous ki sipòte pwodiksyon an mas pwodwi niobat ityòm fim mens sou pi gwo echèl.
Fabrikasyon sou Gid Vag Izolan:Nan etid sa a, nou te itilize tranch LToI 4 pous. Kouch LT ki anlè a se yon substrat LT komèsyal koupe an Y ki vire 42° pou aparèy SAW, ki dirèkteman kole sou yon substrat Si ak yon kouch oksid tèmik 3 µm epesè, lè l sèvi avèk yon pwosesis koupe entelijan. Figi 1(a) montre yon vi anlè tranch LToI a, ak yon epesè kouch LT ki anlè a 200 nm. Nou te evalye aspè sifas kouch LT ki anlè a lè l sèvi avèk mikwoskòp fòs atomik (AFM).
Figi 1.(a) Vi anwo waf LToI a, (b) Imaj AFM sifas kouch LT ki anlè a, (c) Imaj PFM sifas kouch LT ki anlè a, (d) Seksyon eskematik gid ond LToI a, (e) Pwofil mòd TE fondamantal kalkile, ak (f) Imaj SEM nwayo gid ond LToI a anvan depo kouch siperyè SiO2 la. Jan yo montre nan Figi 1 (b), aspè sifas la mwens pase 1 nm, epi pa gen okenn liy reyur ki te obsève. Anplis de sa, nou te egzamine eta polarizasyon kouch LT ki anlè a lè l sèvi avèk mikwoskòp fòs repons pyezoelektrik (PFM), jan yo montre nan Figi 1 (c). Nou te konfime ke polarizasyon inifòm te konsève menm apre pwosesis lyezon an.
Lè nou te itilize substrat LToI sa a, nou te fabrike gid ond lan jan sa a. Premyèman, nou te depoze yon kouch mask metal pou grave LT a sèk apre sa. Apre sa, nou te fè litografi gwo bout bwa elektwon (EB) pou defini modèl nwayo gid ond lan sou tèt kouch mask metal la. Apre sa, nou te transfere modèl rezistans EB a sou kouch mask metal la atravè grave sèk. Apre sa, nou te fòme nwayo gid ond LToI a lè l sèvi avèk grave plasma rezonans siklotron elektwon (ECR). Finalman, nou te retire kouch mask metal la atravè yon pwosesis mouye, epi nou te depoze yon kouch siperyè SiO2 lè l sèvi avèk depo vapè chimik amelyore pa plasma. Figi 1 (d) montre koupe kwa eskematik gid ond LToI a. Wotè total nwayo a, 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 lan pou kouplaj fib optik.
Figi 1 (e) montre distribisyon entansite optik kalkile nan mòd elektrik transvèsal fondamantal (TE) a 1550 nm. Figi 1 (f) montre imaj mikwoskòp elektwonik optik (SEM) nan nwayo gid vag LToI a anvan depo kouch SiO2 a.
Karakteristik gid vag:Nou te premye evalye karakteristik pèt lineyè yo lè nou te mete limyè TE-polarize ki soti nan yon sous emisyon espontane anplifye ak yon longèdonn 1550 nm nan gid ond LToI ki gen diferan longè. Nou te jwenn pèt pwopagasyon an apati pant relasyon ki genyen ant longè gid ond lan ak transmisyon an nan chak longèdonn. Pèt pwopagasyon yo te 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 yon pèfòmans pèt ki ba konparab ak gid ond LNoI ki pi modèn yo [10].
Apre sa, nou te evalye nonlinearite χ(3) la atravè konvèsyon longèdonn ki te pwodui pa yon pwosesis melanj kat ond. Nou te mete yon limyè ponp ond kontinyèl nan 1550.0 nm ak yon limyè siyal nan 1550.6 nm nan yon gid ond 12 mm longè. Jan yo montre nan Figi 2 (b), entansite siyal ond limyè konjige faz (idler) la te ogmante ak ogmantasyon puisans antre a. Imaj anndan Figi 2 (b) la montre spectre pwodiksyon tipik melanj kat ond lan. Apati relasyon ki genyen ant puisans antre a ak efikasite konvèsyon an, nou te estime paramèt nonlineari (γ) la a apeprè 11 W^-1m.
Figi 3.(a) Imaj mikwoskòp rezonatè bag ki fabrike a. (b) Espèk transmisyon rezonatè bag la ak plizyè paramèt espas vid. (c) Espèk transmisyon rezonatè bag la mezire epi ajiste selon metòd Lorentzian an ak yon espas vid 1000 nm.
Apre sa, nou te fabrike yon rezonatè bag LToI epi nou te evalye karakteristik li yo. Figi 3 (a) montre imaj mikwoskòp optik rezonatè bag ki te fabrike a. Rezonatè bag la prezante yon konfigirasyon "racetrack", ki gen ladan yon rejyon koube ak yon reyon 100 µm ak yon rejyon dwat ki gen 100 µm longè. Lajè espas ki genyen ant bag la ak nwayo gid ond bis la varye nan ogmantasyon 200 nm, espesyalman nan 800, 1000, ak 1200 nm. Figi 3 (b) montre spectre transmisyon yo pou chak espas, sa ki endike ke rapò ekstèksyon an chanje ak gwosè espas la. Apati spectre sa yo, nou te detèmine ke espas 1000 nm nan bay kondisyon kouplaj prèske kritik, paske li montre pi gwo rapò ekstèksyon an ki se -26 dB.
Lè nou te itilize rezonatè ki gen koneksyon kritik la, nou te estime faktè kalite a (faktè Q) lè nou te ajiste spectre transmisyon lineyè a avèk yon koub Lorentzian, nou te jwenn yon faktè Q entèn 1.1 milyon, jan nou montre nan Figi 3 (c). Nan konesans nou, sa a se premye demonstrasyon yon rezonatè bag LToI ki gen koneksyon ak gid vag. Li enpòtan pou note ke valè faktè Q nou te reyalize a siyifikativman pi wo pase sa ki nan rezonatè mikwodisk LToI ki gen koneksyon ak fib [9].
Konklizyon:Nou te devlope yon gid ond LToI ak yon pèt 0.28 dB/cm nan 1550 nm ak yon faktè Q rezonatè bag 1.1 milyon. Pèfòmans nou jwenn nan konparab ak gid ond LNoI ki gen ti pèt ki pi modèn yo. Anplis de sa, nou te envestige non-linearite χ(3) gid ond LToI ki fabrike a pou aplikasyon non-lineyè sou chip.
Dat piblikasyon: 20 novanm 2024