Àkótán:A ti ṣe agbekalẹ itọsọna wave lithium tantalate ti o da lori insulator 1550 nm pẹlu pipadanu 0.28 dB/cm ati ifosiwewe didara resonator oruka ti 1.1 milionu. A ti ṣe iwadi lilo ti nonlinearity χ(3) ninu awọn photonics ti kii ṣe laini. Awọn anfani ti lithium niobate lori insulator (LNoI), eyiti o ṣe afihan awọn ohun-ini χ(2) ati χ(3) ti o tayọ pẹlu ihamọ opitika ti o lagbara nitori eto "insulator-on" rẹ, ti yori si awọn ilọsiwaju pataki ninu imọ-ẹrọ waveguide fun awọn modulators ultrafast ati awọn photonics ti kii ṣe laini ti a ṣepọ [1-3]. Ni afikun si LN, a ti ṣe iwadii lithium tantalate (LT) gẹgẹbi ohun elo photonic ti kii ṣe laini. Ni akawe pẹlu LN, LT ni opin ibajẹ opitika ti o ga julọ ati window ìmọ opitika ti o gbooro sii [4, 5], botilẹjẹpe awọn paramita opitika rẹ, gẹgẹbi atọka refractive ati awọn coefficients ti kii ṣe laini, jọra si ti LN [6, 7]. Nítorí náà, LToI dúró gẹ́gẹ́ bí ohun èlò mìíràn tó lágbára fún àwọn ohun èlò photonic tí kì í ṣe líìnì agbára opitika gíga. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, LToI ń di ohun èlò pàtàkì fún àwọn ẹ̀rọ àlẹ̀mọ́ ìgbì omi acoustic (SAW), tó wúlò nínú àwọn ẹ̀rọ alágbékalẹ̀ àti àwọn ẹ̀rọ aláilọ́wọ́. Nínú ọ̀rọ̀ yìí, àwọn wafer LToI lè di ohun èlò tó wọ́pọ̀ fún àwọn ohun èlò photonic. Síbẹ̀síbẹ̀, títí di òní, àwọn ẹ̀rọ photonic díẹ̀ tí ó dá lórí LToI ni a ti ròyìn, bíi microdisk resonators [8] àti electro-optic phase shifters [9]. Nínú ìwé yìí, a gbé LToI waveguide tí ó dínkù díẹ̀ kalẹ̀ àti lílò rẹ̀ nínú ring resonator. Ní àfikún, a pèsè àwọn ànímọ́ aláìlẹ́gbẹ́ χ(3) ti LToI waveguide.
Àwọn Kókó Pàtàkì:
• N pese awọn wafer LToI 4-inch si 6-inch, awọn wafer tantalate lithium tinrin, pẹlu awọn sisanra ti o wa ni oke lati 100 nm si 1500 nm, ni lilo imọ-ẹrọ ile ati awọn ilana ti o dagba.
• SINOI: Àwọn wafers silicon nitride tín-tín-film tí ó dínkù púpọ̀.
• SICOI: Àwọn ohun èlò ìṣàlẹ̀ onípele-ìdènà silicon carbide tín-tín-fíìmù fún àwọn iyika ìsopọ̀pọ̀ onípele-ìdènà silicon carbide.
• LTOI: Olùdíje tó lágbára sí àwọn wafer lithium niobate, tín-tín-film lithium tantalate.
• LNOI: LNOI inṣi 8 ti o ṣe atilẹyin fun iṣelọpọ ibi-pupọ ti awọn ọja lithium niobate tinrin-iwọn nla.
Ṣíṣe àwọn ìtọ́sọ́nà Insulator:Nínú ìwádìí yìí, a lo àwọn wafer LToI oníwọ̀n 4-inch. Ìpele LT òkè jẹ́ ohun èlò ìṣàpẹẹrẹ Y-cut LT tí a ń lò ní 42° fún àwọn ẹ̀rọ SAW, èyí tí a so mọ́ ohun èlò Si pẹ̀lú ìpele thermal oxide tí ó nípọn 3 µm, tí ó ń lo ìlànà gígé ọlọ́gbọ́n. Àwòrán 1(a) fi àwòrán òkè ti wafer LToI hàn, pẹ̀lú ìpele LT òkè ti 200 nm. A ṣe àyẹ̀wò bí ojú ilẹ̀ ti ìpele LT òkè ti ṣe nípa lílo atomiki force microscopy (AFM).
Àwòrán 1.(a) Ìwòran òkè ti wafer LToI, (b) Àwòrán AFM ti ojú ti fẹlẹfẹlẹ LT oke, (c) Àwòrán PFM ti ojú ti fẹlẹfẹlẹ LT oke, (d) Àgbékalẹ̀ àgbékalẹ̀ ti itọsọna wave LToI, (e) A ṣe ìṣirò profaili ipo TE ipilẹ, ati (f) Àwòrán SEM ti inu waveguide LToI ṣaaju ki o to fi silẹ SiO2 overlayer. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 1 (b), àìlágbára ojú ilẹ̀ kéré sí 1 nm, a kò sì rí àwọn ìlà ìfọ́. Ní àfikún, a ṣe àyẹ̀wò ipò polarization ti fẹlẹfẹlẹ LT oke nípa lílo piezoelectric response force microscopy (PFM), gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 1 (c). A jẹ́rìí sí i pé a ṣe ìtọ́jú polarization tó dọ́gba kódà lẹ́yìn ilana ìsopọ̀.
Nípa lílo ohun èlò LToI yìí, a ṣe ìwé ìtọ́sọ́nà waveguide gẹ́gẹ́ bí a ṣe tẹ̀lé e yìí. Àkọ́kọ́, a fi ìpele ìbòjú irin kan sí orí ìbòjú irin náà. Lẹ́yìn náà, a ṣe ìwé ìtọ́sọ́nà electron beam (EB) láti ṣàlàyé àpẹẹrẹ ìpele ìbòjú irin náà lórí ìpele ìbòjú irin náà. Lẹ́yìn náà, a gbé àpẹẹrẹ ìdènà EB sí ìpele ìbòjú irin náà nípasẹ̀ ìgé gbigbẹ. Lẹ́yìn náà, a ṣe ìpele ìbòjú LToI nípa lílo ìgé plasma electron cyclotron (ECR). Níkẹyìn, a yọ ìpele ìbòjú irin náà kúrò nípasẹ̀ ilana omi, a sì fi ìpele ìbòjú SiO2 kan sí i nípa lílo ìdènà èéfín kẹ́míkà tí a mú dara sí plasma. Àwòrán 1 (d) fi ìpele ìkọjá onípele ti ìwé ìtọ́sọ́nà waveguide LToI hàn. Gíga mojuto, gíga àwo, àti ìwọ̀n mojuto náà jẹ́ 200 nm, 100 nm, àti 1000 nm, lẹ́sẹẹsẹ. Ṣàkíyèsí pé ìwọ̀n mojuto náà fẹ̀ sí 3 µm ní etí ìtọ́sọ́nà waveguide fún ìsopọ̀ optical fiber.
Àwòrán 1 (e) fi ìpínkiri agbára optical tí a ṣírò ti ipò electric transverse basic (TE) ní 1550 nm hàn. Àwòrán 1 (f) fi àwòrán scanning electron microscope (SEM) ti LToI waveguide core hàn kí a tó fi SiO2 overlayer sí i.
Àwọn Ànímọ́ Ìtọ́sọ́nà Ìwave:A kọ́kọ́ ṣe àyẹ̀wò àwọn ànímọ́ ìpàdánù ìlà nípa fífi ìmọ́lẹ̀ TE-polarized láti orísun ìtújáde onípele 1550 nm sínú àwọn ìgbìmọ̀ waveguide LToI tí ó ní onírúurú gígùn. A gba ìpàdánù ìtújáde láti orí òkè ìbáṣepọ̀ láàárín gígùn ìgbìmọ̀ waveguide àti ìtẹ̀síwájú ní gbogbo ìgbì. Àwọn ìpàdánù ìtújáde tí a wọ̀n jẹ́ 0.32, 0.28, àti 0.26 dB/cm ní 1530, 1550, àti 1570 nm, lẹ́sẹẹsẹ, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 2 (a). Àwọn ìgbìmọ̀ waveguide LToI tí a ṣe fi iṣẹ́ ìpàdánù kékeré tí ó jọra hàn sí àwọn ìgbìmọ̀ waveguide LNoI tí ó ti wà ní ìpele gíga [10].
Lẹ́yìn náà, a ṣe àyẹ̀wò àìsí ìlà χ(3) nípasẹ̀ ìyípadà ìgbì omi tí a ṣe nípasẹ̀ ìlànà ìdàpọ̀ ìgbì mẹ́rin. A tẹ ìmọ́lẹ̀ fifa ìgbì omi tí ń bá a lọ ní 1550.0 nm àti ìmọ́lẹ̀ àmì ní 1550.6 nm sínú ìtọ́sọ́nà ìgbì omi gígùn 12 mm. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 2 (b), agbára àmì ìgbì ìmọ́lẹ̀ ìgbì iná tí ó ní ìpín-ìpín (idler) pọ̀ sí i pẹ̀lú agbára ìtẹ̀síwájú tí ó ń pọ̀ sí i. Àkójọpọ̀ nínú Àwòrán 2 (b) fi ìrísí ìjáde tí ó wọ́pọ̀ ti ìdàpọ̀ ìgbì mẹ́rin hàn. Láti inú ìbáṣepọ̀ láàárín agbára ìtẹ̀síwájú àti ìyípadà tí ó dára, a ṣe ìṣirò pé ìpíndọ́gba aláìláìláìláì (γ) jẹ́ nǹkan bí 11 W^-1m.
Àwòrán 3.(a) Àwòrán Máàkírósípù ti àtúnṣe òrùka tí a ṣe. (b) Àwòrán ìgbéjáde ti àtúnṣe òrùka pẹ̀lú onírúurú àlàfo. (c) Àwòrán ìgbéjáde tí a wọ̀n àti tí a fi Lorentzian ṣe ti àtúnṣe òrùka pẹ̀lú àlàfo 1000 nm.
Lẹ́yìn náà, a ṣe àtúnṣe òrùka LToI kan, a sì ṣe àyẹ̀wò àwọn ànímọ́ rẹ̀. Àwòrán 3 (a) fi àwòrán microscope optical ti àtúnṣe òrùka tí a ṣe hàn. Àtúnṣe òrùka náà ní ìṣètò "racetra", tí ó ní agbègbè tí ó tẹ̀ pẹ̀lú radius ti 100 µm àti agbègbè tí ó tààrà ti 100 µm ní gígùn. Fífẹ̀ àlàfo láàárín òrùka àti mojuto waveguide bus yàtọ̀ síra ní ìbísí ti 200 nm, pàápàá jùlọ ní 800, 1000, àti 1200 nm. Àwòrán 3 (b) fi àtúnṣe ìyípadà hàn fún àlàfo kọ̀ọ̀kan, tí ó fihàn pé ìpíndọ́gba ìparun yípadà pẹ̀lú ìwọ̀n àlàfo náà. Láti inú àwọn àtúnṣe wọ̀nyí, a pinnu pé àlàfo 1000 nm pèsè àwọn ipò ìsopọ̀ tí ó fẹ́rẹ̀ẹ́ ṣe pàtàkì, nítorí pé ó fi ìpíndọ́gba ìparun tí ó ga jùlọ ti -26 dB hàn.
Nípa lílo ohun tí a fi ṣe àtúnṣe critical coupled resonator, a ṣe ìṣirò ìdárayá (Q factor) nípa fífi ìpele ìtẹ̀síwájú linear transmission spectrum sí Lorentzian curve, a sì rí Q factor inú rẹ̀ tó jẹ́ mílíọ̀nù 1.1, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 3 (c). Gẹ́gẹ́ bí a ṣe mọ̀, èyí ni àfihàn àkọ́kọ́ ti ohun tí a fi ṣe àtúnṣe ring LToI waveguide. Lóòótọ́, iye Q factor tí a rí ga ju ti àwọn ohun tí a fi ṣe àtúnṣe micrọ́ọ̀kì LToI fiber-coupled [9].
Ìparí:A ṣe agbekalẹ itọsọna igbi LToI kan pẹlu pipadanu 0.28 dB/cm ni 1550 nm ati ifosiwewe Q resonator ti 1.1 milionu. Iṣẹ ti a gba jẹ afiwe ti awọn itọsọna igbi LNoI ti o dinku pipadanu kekere ti ode oni. Ni afikun, a ṣe iwadii χ(3) ti ko ni ila ti itọsọna igbi LToI ti a ṣe fun awọn ohun elo ti kii ṣe laini lori chip.
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù kọkànlá-20-2024