Хураангуй:Бид 0.28 дБ/см-ийн алдагдалтай, 1.1 сая цагираган резонаторын чанарын хүчин зүйлтэй 1550 нм тусгаарлагч дээр суурилсан литийн танталат долгионы хөтлүүрийг бүтээсэн. Шугаман бус фотоникт χ(3) шугаман бус байдлын хэрэглээг судалсан. Тусгаарлагч дээрх литийн ниобатын (LNoI) давуу тал нь маш сайн χ(2) ба χ(3) шугаман бус шинж чанарыг харуулдаг бөгөөд "тусгаарлагчтай" бүтэцтэй учраас хүчтэй оптик хязгаарлагдмал байдал нь хэт хурдан долгион дамжуулах технологид ихээхэн ахиц дэвшил гаргахад хүргэсэн. модулятор ба нэгдсэн шугаман бус фотоник [1-3]. LN-ээс гадна литийн танталат (LT) нь шугаман бус фотоник материал болохыг судалсан. LN-тэй харьцуулахад LT нь оптик гэмтлийн босго өндөр, илүү өргөн оптик ил тод цонхтой [4, 5] боловч хугарлын илтгэгч ба шугаман бус коэффициент зэрэг оптик үзүүлэлтүүд нь LN [6, 7]-тай төстэй байдаг. Тиймээс LToI нь өндөр оптик хүчин чадалтай шугаман бус фотоник хэрэглээнд зориулагдсан өөр нэг хүчтэй нэр дэвшигч материал гэдгээрээ ялгардаг. Түүнчлэн LToI нь өндөр хурдны хөдөлгөөнт болон утасгүй технологид хэрэглэгдэх гадаргуугийн акустик долгион (SAW) шүүлтүүр төхөөрөмжүүдийн үндсэн материал болж байна. Энэ утгаараа LToI хавтан нь фотоник хэрэглээнд илүү түгээмэл материал болж магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч өнөөг хүртэл микродиск резонатор [8] болон цахилгаан оптик фазын шилжүүлэгч [9] гэх мэт LToI дээр суурилсан цөөн хэдэн фотоник төхөөрөмжүүдийг мэдээлсэн байна. Энэ нийтлэлд бид бага алдагдалтай LToI долгионы хөтлүүр ба түүний цагираган резонатор дахь хэрэглээг танилцуулж байна. Нэмж дурдахад бид LToI долгионы хөтчийн χ(3) шугаман бус шинж чанарыг өгдөг.
Гол цэгүүд:
• Дотоодын технологи, боловсорсон процессыг ашиглан 100 нм-ээс 1500 нм хүртэлх дээд давхаргын зузаантай 4 инчээс 6 инчийн LToI хавтанцар, нимгэн хальсан литийн танталат хавтанцарыг санал болгож байна.
• SINOI: Хэт бага алдагдалтай цахиурын нитрид нимгэн хальсан хавтан.
• SICOI: Цахиур карбидын фотоник интеграл хэлхээнд зориулсан өндөр цэвэршилттэй хагас тусгаарлагч цахиур карбидын нимгэн хальсан дэвсгэр.
• LTOI: Литиум ниобат, нимгэн хальсан литийн танталат хавтантай хүчтэй өрсөлдөгч.
• LNOI: 8 инчийн LNOI нь илүү том хэмжээний нимгэн хальсан литийн ниобат бүтээгдэхүүний масс үйлдвэрлэлийг дэмждэг.
Тусгаарлагч долгион хөтлүүр дээр үйлдвэрлэх:Энэ судалгаанд бид 4 инчийн LToI хавтан ашигласан. Дээд LT давхарга нь SAW төхөөрөмжид зориулагдсан арилжааны 42° эргүүлэх Y хэлбэрийн LT субстрат бөгөөд 3 микрон зузаантай дулааны ислийн давхарга бүхий Si субстраттай шууд холбогдож ухаалаг зүсэх процессыг ашигладаг. Зураг 1(а)-д LT давхаргын зузаан нь 200 нм байх, LToI өрмөнцөрийн дээд үзэмжийг харуулав. Бид атомын хүчний микроскоп (AFM) ашиглан дээд LT давхаргын гадаргуугийн тэгш бус байдлыг үнэлэв.
Зураг 1.(a) LToI өрлөгийн дээд харагдах байдал, (б) LT дээд давхаргын гадаргуугийн AFM зураг, (в) LT дээд давхаргын гадаргуугийн PFM зураг, (г) LToI долгионы хөтчийн бүдүүвч хөндлөн огтлол, (e) TE горимын үндсэн профайлыг тооцоолсон ба (f) SiO2 давхаргыг буулгахаас өмнөх LToI долгионы голын SEM дүрс. Зураг 1 (b)-д үзүүлснээр гадаргуугийн барзгар байдал 1 нм-ээс бага бөгөөд зураасны шугам ажиглагдаагүй. Нэмж дурдахад бид LT-ийн дээд давхаргын туйлшралын төлөвийг Зураг 1 (c)-д үзүүлсэн шиг пьезоэлектрик хариу үйлдэл үзүүлэх хүчний микроскоп (PFM) ашиглан шалгасан. Холболтын дараа ч жигд туйлшрал хадгалагдсаар байгааг бид баталсан.
Энэхүү LToI субстратыг ашиглан бид долгионы хөтлүүрийг дараах байдлаар бүтээв. Эхлээд LT-ийн хуурай сийлбэр хийх зорилгоор металл маск давхаргыг хадгалсан. Дараа нь электрон туяа (EB) литографийг металл маскын давхаргын дээд хэсэгт байрлах долгионы голын хэв маягийг тодорхойлохын тулд хийсэн. Дараа нь бид хуурай сийлбэрээр EB-ийн эсэргүүцлийн загварыг металл маск давхарга руу шилжүүлэв. Үүний дараа электрон циклотрон резонансын (ECR) плазмын сийлбэр ашиглан LToI долгионы хөтлүүрийн цөмийг үүсгэв. Эцэст нь нойтон аргаар металл маскны давхаргыг зайлуулж, сийвэнгийн сайжруулсан химийн уурын хуримтлалыг ашиглан SiO2 давхаргыг хадгалав. Зураг 1 (d) нь LToI долгионы хөтчийн бүдүүвч хөндлөн огтлолыг харуулав. Цөмийн нийт өндөр, хавтангийн өндөр, үндсэн өргөн нь 200 нм, 100 нм, 1000 нм байна. Оптик шилэн холбоход голын өргөн нь долгионы хөтчийн ирмэг дээр 3 μм хүртэл өргөжиж байгааг анхаарна уу.
Зураг 1 (д) нь 1550 нм-ийн үндсэн хөндлөн цахилгаан (TE) горимын тооцоолсон оптик эрчмийн тархалтыг харуулав. Зураг 1 (f) нь SiO2 давхаргыг буулгахаас өмнөх LToI долгионы голын сканнердах электрон микроскоп (SEM) зургийг харуулж байна.
Долгион хөтчийн шинж чанарууд:Бид эхлээд 1550 нм долгионы урттай, аяндаа ялгардаг ялгаралтын эх үүсвэрээс TE-туйлширсан гэрлийг янз бүрийн урттай LToI долгионы хөтлүүрүүдэд оруулах замаар шугаман алдагдлын шинж чанарыг үнэлэв. Тархалтын алдагдлыг долгионы урт ба долгионы урт тус бүрийн дамжуулалтын хоорондын хамаарлын налуугаас авсан. 1530, 1550, 1570 нм-д хэмжсэн тархалтын алдагдал нь Зураг 2 (a)-д үзүүлсэн шиг 0.32, 0.28, 0.26 дБ/см байв. Хиймэл LToI долгион хөтлүүр нь хамгийн сүүлийн үеийн LNoI долгион хөтлүүртэй харьцуулахуйц алдагдал багатай гүйцэтгэлийг харуулсан [10].
Дараа нь бид χ(3) шугаман бус байдлыг дөрвөн долгионы холих процессоор үүсгэсэн долгионы уртын хувиргалтаар үнэлэв. Бид 1550.0 нм-ийн долгионы насосны гэрлийг, 1550.6 нм-ийн дохионы гэрлийг 12 мм-ийн урттай долгионы хөтлүүрт оруулдаг. Зураг 2 (b)-д үзүүлснээр фазын коньюгат (сул зогсолт) гэрлийн долгионы дохионы эрчим нь оролтын хүчийг нэмэгдүүлэх тусам нэмэгддэг. Зураг 2 (b) дахь оруулга нь дөрвөн долгионы холилтын ердийн гаралтын спектрийг харуулж байна. Оролтын хүч болон хувиргах үр ашгийн хамаарлаас бид шугаман бус параметрийг (γ) ойролцоогоор 11 Вт^-1м гэж тооцсон.
Зураг 3.(a) Бөгжний резонаторын микроскопоор хийсэн зураг. (б) Янз бүрийн завсарын параметр бүхий цагирагийн резонаторын дамжуулах спектр. (в) 1000 нм-ийн зайтай цагирагны резонаторын хэмжсэн ба Лоренцын суурилуулсан дамжуулах спектр.
Дараа нь бид LToI цагирагийн резонаторыг бүтээж, шинж чанарыг нь үнэлэв. Зураг 3 (а) дээр үйлдвэрлэсэн цагирагны резонаторын оптик микроскопын дүрсийг үзүүлэв. Бөгжний резонатор нь 100 микрон радиустай муруй бүс, 100 микрон урттай шулуун бүсээс бүрдэх "уралдааны зам"-ын тохиргоотой. Бөгж ба автобусны долгионы голын хоорондох зайны өргөн нь 200 нм, ялангуяа 800, 1000, 1200 нм-ийн алхмаар хэлбэлздэг. Зураг 3 (б) нь цоорхой тус бүрийн дамжуулалтын спектрийг харуулсан бөгөөд энэ нь зайны хэмжээнээс хамааран устах харьцаа өөрчлөгдөж байгааг харуулж байна. Эдгээр спектрүүдээс бид 1000 нм зай нь хамгийн их унтрах харьцаа -26 дБ байдаг тул бараг чухал холболтын нөхцлийг бүрдүүлдэг болохыг бид тогтоосон.
Критик хосолсон резонаторыг ашиглан бид шугаман дамжуулалтын спектрийг Лоренцын муруйгаар тохируулах замаар чанарын хүчин зүйлийг (Q хүчин зүйл) тооцоолж, Зураг 3 (c)-д үзүүлсэн шиг 1.1 сая дотоод Q коэффициентийг авсан. Бидний мэдэж байгаагаар энэ бол долгион хөтлүүртэй холбосон LToI цагирагийн резонаторын анхны үзүүлбэр юм. Бидний олж авсан Q хүчин зүйлийн утга нь шилэн холболттой LToI микродиск резонаторуудынхаас хамаагүй өндөр байна [9].
Дүгнэлт:Бид 1550 нм-д 0.28 дБ/см-ийн алдагдалтай, 1.1 сая цагираган резонатор Q хүчин зүйлтэй LToI долгионы хөтлүүрийг бүтээсэн. Хүлээн авсан гүйцэтгэлийг хамгийн сүүлийн үеийн алдагдал багатай LNoI долгионы хөтлүүртэй харьцуулж болно. Нэмж дурдахад бид чип дээрх шугаман бус хэрэглээнд зориулж үйлдвэрлэсэн LToI долгионы хөтчийн χ(3) шугаман бус байдлыг судалсан.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 11-р сарын 20-ны хооронд