Хураангуй:Бид 0.28 дБ/см2 алдагдалтай, цагираг резонаторын чанарын коэффициент 1.1 сая бүхий 1550 нм тусгаарлагч дээр суурилсан литийн танталатын долгион хөтлөгчийг боловсруулсан. Шугаман бус фотоникт χ(3) шугаман бус байдлыг хэрэглэхийг судалсан. Тусгаарлагч дээрх литийн ниобатын (LNoI) давуу талууд нь "тусгаарлагч дээр" бүтэцтэй тул χ(2) ба χ(3) шугаман бус шинж чанаруудыг маш сайн харуулдаг бөгөөд оптик хязгаарлалт нь хэт хурдан модулятор болон нэгдсэн шугаман бус фотоникийн долгион хөтлөгч технологийн салбарт мэдэгдэхүйц дэвшилд хүргэсэн [1-3]. LN-ээс гадна литийн танталат (LT)-ийг шугаман бус фотоник материал болгон судалсан. LN-тэй харьцуулахад LT нь оптик гэмтлийн босго өндөр, оптик тунгалаг байдлын цонх өргөн байдаг [4, 5], гэхдээ хугарлын индекс болон шугаман бус коэффициент зэрэг оптик параметрүүд нь LN-ийнхтэй төстэй [6, 7]. Тиймээс LToI нь өндөр оптик чадалтай шугаман бус фотоник хэрэглээнд зориулсан өөр нэг хүчтэй нэр дэвшигч материал болж байна. Түүнчлэн, LToI нь өндөр хурдны хөдөлгөөнт болон утасгүй технологид хэрэглэгддэг гадаргуугийн акустик долгион (SAW) шүүлтүүрийн төхөөрөмжүүдийн үндсэн материал болж байна. Энэ хүрээнд LToI вафлууд нь фотоник хэрэглээнд илүү түгээмэл материал болж магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч өнөөдрийг хүртэл LToI дээр суурилсан цөөн хэдэн фотоник төхөөрөмж, тухайлбал микродиск резонатор [8] болон электро-оптик фазын шилжүүлэгч [9]-ийн талаар мэдээлсэн. Энэхүү өгүүлэлд бид бага алдагдалтай LToI долгион хөтлөгч болон түүний цагираг резонаторт хэрэглэхийг танилцуулж байна. Нэмж дурдахад бид LToI долгион хөтлөгчийн χ(3) шугаман бус шинж чанаруудыг өгч байна.
Гол санаанууд:
• Дотоодын технологи болон дэвшилтэт процессуудыг ашиглан дээд давхаргын зузаан нь 100 нм-ээс 1500 нм хүртэлх 4 инчээс 6 инчийн LToI нимгэн хальсан литийн танталатын вафли санал болгож байна.
• SINOI: Хэт бага алдагдалтай цахиурын нитридийн нимгэн хальсан вафли.
• SICOI: Цахиурын карбидын фотоник интеграл хэлхээнд зориулсан өндөр цэвэршилттэй хагас тусгаарлагчтай цахиурын карбидын нимгэн хальсан суурь.
• LTOI: Литиум ниобат, нимгэн хальсан литийн танталатын вафлины хүчтэй өрсөлдөгч.
• LNOI: Том хэмжээний нимгэн хальсан литийн ниобатын бүтээгдэхүүний олноор үйлдвэрлэхийг дэмждэг 8 инчийн LNOI.
Тусгаарлагч долгион хөтлүүр дээр үйлдвэрлэл:Энэхүү судалгаанд бид 4 инчийн LToI вафли ашигласан. Дээд LT давхарга нь SAW төхөөрөмжүүдэд зориулсан 42° эргэлддэг Y хэлбэрийн зүсэлттэй LT суурь бөгөөд ухаалаг зүсэлтийн процессыг ашиглан 3 мкм зузаантай дулааны исэл давхаргатай Si суурьтай шууд холбогддог. Зураг 1(a)-д дээд LT давхаргын зузаан нь 200 нм бүхий LToI вафлины дээд хэсгийг харуулав. Бид дээд LT давхаргын гадаргуугийн барзгар байдлыг атомын хүчний микроскоп (AFM) ашиглан үнэлсэн.
Зураг 1.(a) LToI вафлийн дээрээс харах, (b) Дээд LT давхаргын гадаргуугийн AFM зураг, (c) Дээд LT давхаргын гадаргуугийн PFM зураг, (d) LToI долгион хөтлүүрийн схемийн хөндлөн огтлол, (e) Тооцоолсон үндсэн TE горимын профайл, болон (f) SiO2 давхаргын тунадасжилтаас өмнөх LToI долгион хөтлүүрийн цөмийн SEM зураг. Зураг 1 (b)-д үзүүлсэнчлэн гадаргуугийн барзгаржилт нь 1 нм-ээс бага бөгөөд зураасны шугам ажиглагдаагүй. Нэмж дурдахад бид Зураг 1 (c)-д үзүүлсэнчлэн дээд LT давхаргын туйлшралын төлөвийг пьезоэлектрик хариу хүчний микроскоп (PFM) ашиглан судалсан. Бид холболтын процессын дараа ч жигд туйлшрал хадгалагдаж байгааг баталгаажуулсан.
Энэхүү LToI субстратыг ашиглан бид долгион хөтлөгчийг дараах байдлаар хийсэн. Эхлээд LT-г хуурай сийлбэрлэхийн тулд металл маск давхаргыг хуримтлуулсан. Дараа нь металл маск давхаргын дээр долгион хөтлөгч цөмийн хээг тодорхойлохын тулд электрон цацраг (EB) литографи хийсэн. Дараа нь бид хуурай сийлбэрээр дамжуулан EB эсэргүүцлийн хээг металл маск давхарга руу шилжүүлсэн. Үүний дараа LToI долгион хөтлөгч цөмийг электрон циклотрон резонансын (ECR) плазмын сийлбэр ашиглан үүсгэсэн. Эцэст нь металл маск давхаргыг нойтон аргаар арилгаж, плазм сайжруулсан химийн уурын тунадасжуулалт ашиглан SiO2 давхаргыг хуримтлуулсан. Зураг 1 (d)-д LToI долгион хөтлөгчийн схемийн хөндлөн огтлолыг харуулав. Цөмийн нийт өндөр, хавтангийн өндөр, цөмийн өргөн нь тус тус 200 нм, 100 нм, 1000 нм байна. Шилэн кабелийн холболтын хувьд цөмийн өргөн нь долгион хөтлөгч ирмэг дээр 3 µm хүртэл тэлдэг болохыг анхаарна уу.
Зураг 1 (e)-д 1550 нм долгионы уртад үндсэн хөндлөн цахилгаан (TE) горимын тооцоолсон оптик эрчим хүчний тархалтыг харуулав. Зураг 1 (f)-д SiO2 давхаргыг тунадасжуулахаас өмнөх LToI долгион хөтлүүрийн цөмийн сканнердах электрон микроскоп (SEM) дүрсийг харуулав.
Долгион хөтлөгчийн шинж чанарууд:Бид эхлээд шугаман алдагдлын шинж чанарыг 1550 нм долгионы уртаар өсгөсөн аяндаа ялгардаг эх үүсвэрээс TE-туйлширсан гэрлийг янз бүрийн урттай LToI долгион хөтлүүрт оруулснаар үнэлсэн. Тархалтын алдагдлыг долгион хөтлүүрийн урт ба долгионы урт бүрийн дамжуулалтын хоорондын хамаарлын налуугаас авсан. Хэмжсэн тархалтын алдагдал нь Зураг 2 (a)-д үзүүлсэнчлэн 1530, 1550, 1570 нм-д тус тус 0.32, 0.28, 0.26 дБ/см2 байв. Үйлдвэрлэсэн LToI долгион хөтлүүрүүд нь орчин үеийн LNoI долгион хөтлүүрүүдтэй харьцуулахуйц бага алдагдалтай гүйцэтгэлийг харуулсан [10].
Дараа нь бид дөрвөн долгионы холих процессоор үүссэн долгионы уртын хувиргалтын тусламжтайгаар χ(3) шугаман бус байдлыг үнэлсэн. Бид 12 мм урттай долгион хөтлүүрт 1550.0 нм-ийн тасралтгүй долгионы шахуургын гэрэл болон 1550.6 нм-ийн дохионы гэрлийг оруулсан. Зураг 2 (b)-д үзүүлсэнчлэн фазын коньюгат (сул зогсолт) гэрлийн долгионы дохионы эрчим нь оролтын чадал нэмэгдэхийн хэрээр нэмэгдсэн. Зураг 2 (b)-д оруулсан зурагт дөрвөн долгионы холилтын ердийн гаралтын спектрийг харуулав. Оролтын чадал ба хувиргалтын үр ашгийн хоорондын хамаарлаас харахад бид шугаман бус параметр (γ)-ийг ойролцоогоор 11 Вт^-1м гэж тооцоолсон.
Зураг 3.(a) Үйлдвэрлэсэн цагираг резонаторын микроскопын зураг. (b) Янз бүрийн зайны параметрүүдтэй цагираг резонаторын дамжуулалтын спектрүүд. (c) 1000 нм зайтай цагираг резонаторын хэмжсэн болон Лоренцийн суурилуулсан дамжуулалтын спектр.
Дараа нь бид LToI цагираг резонаторыг үйлдвэрлэж, түүний шинж чанарыг үнэлсэн. Зураг 3 (a)-д үйлдвэрлэсэн цагираг резонаторын оптик микроскопын зургийг харуулав. Цагираг резонатор нь 100 мкм радиустай муруй бүс ба 100 мкм урттай шулуун бүсээс бүрдэх "уралдааны зам" тохиргоотой. Цагираг болон автобусны долгион хөтлүүрийн цөмийн хоорондох зайны өргөн нь 200 нм-ийн алхамаар, ялангуяа 800, 1000, 1200 нм-д өөрчлөгддөг. Зураг 3 (b)-д зай бүрийн дамжуулалтын спектрийг харуулсан бөгөөд энэ нь устах харьцаа нь зайны хэмжээнээс хамааран өөрчлөгдөж байгааг харуулж байна. Эдгээр спектрээс бид 1000 нм зай нь -26 дБ хамгийн өндөр устах харьцаатай тул бараг чухал холболтын нөхцлийг хангадаг болохыг тогтоосон.
Бид шүүмжлэлтэй холбогдсон резонаторыг ашиглан шугаман дамжуулалтын спектрийг Лоренцийн муруйтай тохируулснаар чанарын коэффициентийг (Q коэффициент) тооцоолж, Зураг 3 (c)-д үзүүлсэн шиг 1.1 сая дотоод Q коэффициентийг олж авсан. Бидний мэдэж байгаагаар энэ нь долгион хөтлүүртэй холбогдсон LToI цагираг резонаторын анхны үзүүлбэр юм. Бидний олж авсан Q коэффициентийн утга нь шилэн кабелиар холбогдсон LToI микродиск резонаторуудаас хамаагүй өндөр байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй [9].
Дүгнэлт:Бид 1550 нм-д 0.28 дБ/см алдагдалтай, 1.1 сая цагираг резонаторын Q коэффициенттэй LToI долгион хөтлөгчийг боловсруулсан. Олж авсан гүйцэтгэл нь хамгийн сүүлийн үеийн бага алдагдалтай LNoI долгион хөтлөгчтэй харьцуулах боломжтой. Нэмж дурдахад бид чип дээрх шугаман бус хэрэглээнд зориулж үйлдвэрлэсэн LToI долгион хөтлөгчийн χ(3) шугаман бус байдлыг судалсан.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 11-р сарын 20