რეზიუმე:ჩვენ შევიმუშავეთ 1550 ნმ იზოლატორზე დაფუძნებული ლითიუმის ტანტალატის ტალღის გამტარი 0,28 დბ/სმ დაკარგვით და რგოლის რეზონატორის ხარისხის კოეფიციენტით 1,1 მილიონი. შესწავლილია χ(3) არაწრფივობის გამოყენება არაწრფივ ფოტონიკაში. ლითიუმის ნიობატის უპირატესობებმა იზოლატორზე (LNoI), რომელიც ავლენს შესანიშნავ χ(2) და χ(3) არაწრფივ თვისებებს და ძლიერ ოპტიკურ შეზღუდულობას მისი „იზოლატორზე“ სტრუქტურის გამო, განაპირობა მნიშვნელოვანი წინსვლა ტალღის გამტარების ტექნოლოგიაში ულტრასწრაფისთვის. მოდულატორები და ინტეგრირებული არაწრფივი ფოტონიკა [1-3]. გარდა LN-ისა, ლითიუმის ტანტალიტი (LT) ასევე იქნა გამოკვლეული, როგორც არაწრფივი ფოტონიკური მასალა. LN-თან შედარებით, LT-ს აქვს უფრო მაღალი ოპტიკური დაზიანების ბარიერი და უფრო ფართო ოპტიკური გამჭვირვალობის ფანჯარა [4, 5], თუმცა მისი ოპტიკური პარამეტრები, როგორიცაა გარდატეხის ინდექსი და არაწრფივი კოეფიციენტები, მსგავსია LN-ის [6, 7]. ამრიგად, LToI გამოირჩევა, როგორც კიდევ ერთი ძლიერი კანდიდატი მასალა მაღალი ოპტიკური სიმძლავრის არაწრფივი ფოტონიკური აპლიკაციებისთვის. გარდა ამისა, LToI ხდება პირველადი მასალა ზედაპირული აკუსტიკური ტალღის (SAW) ფილტრის მოწყობილობებისთვის, რომელიც გამოიყენება მაღალსიჩქარიან მობილურ და უკაბელო ტექნოლოგიებში. ამ კონტექსტში, LToI ვაფლები შეიძლება გახდეს უფრო გავრცელებული მასალა ფოტონიკური აპლიკაციებისთვის. თუმცა, დღემდე დაფიქსირებულია LToI-ზე დაფუძნებული მხოლოდ რამდენიმე ფოტონიკური მოწყობილობა, როგორიცაა მიკროდისკის რეზონატორები [8] და ელექტრო-ოპტიკური ფაზის გადამრთველები [9]. ამ ნაშრომში წარმოგიდგენთ დაბალი დანაკარგის LToI ტალღის გამაძლიერებელს და მის გამოყენებას რგოლ რეზონატორში. დამატებით, ჩვენ გთავაზობთ χ(3) არაწრფივ მახასიათებლებს LToI ტალღების გამტარი.
ძირითადი პუნქტები:
• გთავაზობთ 4-დან 6-დიუმიან LToI ვაფლებს, თხელფილიანი ლითიუმის ტანტალიტის ვაფლებს, ზედა ფენის სისქით 100 ნმ-დან 1500 ნმ-მდე, შიდა ტექნოლოგიებისა და სექსუალური პროცესების გამოყენებით.
• SINOI: ულტრა დაბალი დანაკარგი სილიციუმის ნიტრიდის თხელი ფენიანი ვაფლები.
• SICOI: მაღალი სისუფთავის ნახევრად საიზოლაციო სილიციუმის კარბიდის თხელი ფენის სუბსტრატები სილიციუმის კარბიდის ფოტონიკური ინტეგრირებული სქემებისთვის.
• LTOI: ძლიერი კონკურენტი ლითიუმის ნიობატის, თხელფენიანი ლითიუმის ტანტალიტის ვაფლისთვის.
• LNOI: 8 დიუმიანი LNOI, რომელიც მხარს უჭერს უფრო ფართომასშტაბიანი თხელი ფენის ლითიუმ ნიობატის პროდუქტების მასობრივ წარმოებას.
წარმოება იზოლატორის ტალღების გამტარებზე:ამ კვლევაში ჩვენ გამოვიყენეთ 4 დიუმიანი LToI ვაფლები. ზედა LT ფენა არის კომერციული 42°-ით შემობრუნებული Y-დაჭრილი LT სუბსტრატი SAW მოწყობილობებისთვის, რომელიც პირდაპირ არის მიბმული Si სუბსტრატზე 3 მკმ სისქის თერმული ოქსიდის ფენით, ჭკვიანური ჭრის პროცესის გამოყენებით. სურათი 1(a) გვიჩვენებს LToI ვაფლის ზედა ხედს, ზედა LT ფენის სისქით 200 ნმ. ჩვენ შევაფასეთ ზედა LT ფენის ზედაპირის უხეშობა ატომური ძალის მიკროსკოპის (AFM) გამოყენებით.
სურათი 1.(ა) LToI ვაფლის ზედა ხედი, (ბ) ზედა LT ფენის ზედაპირის AFM გამოსახულება, (გ) ზედა LT ფენის ზედაპირის PFM გამოსახულება, (დ) LToI ტალღის გამტარის სქემატური კვეთა, (ე) გამოთვლილი ფუნდამენტური TE რეჟიმის პროფილი და (ვ) SEM გამოსახულება LToI ტალღის გამტარის ბირთვის SiO2 გადაფარვის დეპონირებამდე. როგორც ნაჩვენებია სურათზე 1 (ბ), ზედაპირის უხეშობა 1 ნმ-ზე ნაკლებია და ნაკაწრის ხაზები არ შეინიშნება. გარდა ამისა, ჩვენ გამოვიკვლიეთ ზედა LT ფენის პოლარიზაციის მდგომარეობა პიეზოელექტრული რეაგირების ძალის მიკროსკოპის (PFM) გამოყენებით, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 1 (c). ჩვენ დავადასტურეთ, რომ ერთიანი პოლარიზაცია შენარჩუნებულია შემაკავშირებელ პროცესის შემდეგაც.
ამ LToI სუბსტრატის გამოყენებით, ჩვენ დავამზადეთ ტალღის გამტარი შემდეგნაირად. პირველ რიგში, ლითონის ნიღბის ფენა იყო დეპონირებული LT-ის შემდგომი მშრალი ამოსაჭრელად. შემდეგ ჩატარდა ელექტრონული სხივის (EB) ლითოგრაფია, რათა განესაზღვრათ ტალღისებური ბირთვის ნიმუში ლითონის ნიღბის ფენის თავზე. შემდეგი, ჩვენ გადავიტანეთ EB რეზისტენტობის ნიმუში ლითონის ნიღბის ფენაზე მშრალი ოქროვის საშუალებით. ამის შემდეგ, LToI ტალღოვანი ბირთვი ჩამოყალიბდა ელექტრონის ციკლოტრონის რეზონანსის (ECR) პლაზმური ჭურვის გამოყენებით. საბოლოოდ, ლითონის ნიღბის ფენა მოიხსნა სველი პროცესით და SiO2-ის ფენა დეპონირებული იყო პლაზმით გაძლიერებული ქიმიური ორთქლის დეპონირების გამოყენებით. ნახაზი 1 (დ) გვიჩვენებს LToI ტალღის გამტარის სქემატურ კვეთას. ბირთვის მთლიანი სიმაღლე, ფირფიტის სიმაღლე და ბირთვის სიგანე არის 200 ნმ, 100 ნმ და 1000 ნმ, შესაბამისად. გაითვალისწინეთ, რომ ბირთვის სიგანე ფართოვდება 3 მკმ-მდე ტალღის მახლობლად ოპტიკური ბოჭკოების შეერთებისთვის.
სურათი 1 (e) გვიჩვენებს ფუნდამენტური განივი ელექტრული (TE) რეჟიმის ოპტიკური ინტენსივობის გამოთვლილ განაწილებას 1550 ნმ. სურათი 1 (f) გვიჩვენებს სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის (SEM) გამოსახულება LToI ტალღის მაგიდის ბირთვის SiO2 ფენის დეპონირებამდე.
ტალღის გამტარის მახასიათებლები:ჩვენ პირველად შევაფასეთ წრფივი დანაკარგების მახასიათებლები TE-პოლარიზებული შუქის შეყვანით 1550 ნმ ტალღის სიგრძის გაძლიერებული სპონტანური ემისიის წყაროდან სხვადასხვა სიგრძის LToI ტალღის გამტარებში. გავრცელების დანაკარგი მიღებული იყო ტალღის გამტარის სიგრძესა და გადაცემას შორის კავშირის დახრილობიდან თითოეულ ტალღის სიგრძეზე. გაზომილი გავრცელების დანაკარგები იყო 0.32, 0.28 და 0.26 dB/cm 1530, 1550 და 1570 ნმ, შესაბამისად, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 2 (a). შექმნილმა LToI ტალღების გამტარებმა აჩვენეს შედარებით დაბალი დანაკარგების შესრულება უახლესი LNoI ტალღების გამტარებლებთან [10].
შემდეგი, ჩვენ შევაფასეთ χ(3) არაწრფივობა ტალღის სიგრძის კონვერტაციის მეშვეობით, რომელიც წარმოიქმნება ოთხი ტალღის შერევის პროცესით. ჩვენ შევიყვანთ უწყვეტი ტალღის ტუმბოს შუქს 1550.0 ნმ-ზე და სიგნალის შუქს 1550.6 ნმ-ზე 12 მმ სიგრძის ტალღაში. როგორც ნაჩვენებია 2 (ბ) სურათზე, ფაზა-კონიუგატის (უსაქმური) სინათლის ტალღის სიგნალის ინტენსივობა გაიზარდა შეყვანის სიმძლავრის მატებასთან ერთად. ჩანართი 2 (ბ) სურათზე გვიჩვენებს ოთხტალღოვანი შერევის ტიპურ გამომავალ სპექტრს. შეყვანის სიმძლავრესა და კონვერტაციის ეფექტურობას შორის კავშირიდან, ჩვენ შევაფასეთ არაწრფივი პარამეტრი (γ) დაახლოებით 11 W^-1m.
სურათი 3.(ა) შეთხზული რგოლის რეზონატორის მიკროსკოპული გამოსახულება. ბ) რგოლის რეზონატორის გადაცემის სპექტრები სხვადასხვა უფსკრული პარამეტრებით. გ) რგოლის რეზონატორის გაზომილი და ლორენცის მიერ დაყენებული გადაცემის სპექტრი 1000 ნმ უფსკრულით.
შემდეგ, ჩვენ შევქმენით LToI რგოლის რეზონატორი და შევაფასეთ მისი მახასიათებლები. სურათი 3 (a) გვიჩვენებს შემუშავებული რგოლის რეზონატორის ოპტიკური მიკროსკოპის სურათს. რგოლის რეზონატორს აქვს "იპოდრომის" კონფიგურაცია, რომელიც შედგება 100 მკმ რადიუსის მრუდი რეგიონისგან და 100 მკმ სიგრძის სწორი რეგიონისგან. უფსკრული სიგანე რგოლსა და ავტობუსის ტალღის მაგისტრალს შორის მერყეობს 200 ნმ-ით, კონკრეტულად 800, 1000 და 1200 ნმ-ზე. ნახაზი 3 (ბ) გვიჩვენებს გადაცემის სპექტრებს თითოეული უფსკრულისთვის, რაც მიუთითებს, რომ ჩაქრობის კოეფიციენტი იცვლება უფსკრულის ზომასთან ერთად. ამ სპექტრებიდან ჩვენ დავადგინეთ, რომ 1000 ნმ უფსკრული უზრუნველყოფს დაწყვილების თითქმის კრიტიკულ პირობებს, რადგან ის ავლენს გადაშენების ყველაზე მაღალ თანაფარდობას -26 დბ.
კრიტიკულად დაწყვილებული რეზონატორის გამოყენებით, ჩვენ შევაფასეთ ხარისხის ფაქტორი (Q ფაქტორი) ხაზოვანი გადაცემის სპექტრის ლორენცის მრუდით მორგებით, შიდა Q კოეფიციენტის 1.1 მილიონის მიღებით, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 3 (c). ჩვენი ცოდნით, ეს არის ტალღის მაგიდის დაწყვილებული LToI რგოლის რეზონატორის პირველი დემონსტრირება. აღსანიშნავია, რომ Q ფაქტორის მნიშვნელობა, რომელიც ჩვენ მივიღეთ, მნიშვნელოვნად აღემატება ბოჭკოვანი დაწყვილებული LToI მიკროდისკის რეზონატორების მნიშვნელობას [9].
დასკვნა:ჩვენ შევიმუშავეთ LToI ტალღის გამტარი 0,28 dB/cm დანაკარგით 1550 ნმ-ზე და რგოლის რეზონატორის Q ფაქტორი 1,1 მილიონი. მიღებული შესრულება შედარებულია უახლესი ტექნოლოგიის დაბალი დანაკარგის LNoI ტალღების გამტარებთან. გარდა ამისა, ჩვენ გამოვიკვლიეთ წარმოებული LToI ტალღის გამდის χ(3) არაწრფივიობა ჩიპზე არაწრფივი აპლიკაციებისთვის.
გამოქვეყნების დრო: ნოე-20-2024