Resumo:Ni evoluigis 1550 nm-bazitan izoligilon de litia tantalato-ondgvidilo kun perdo de 0,28 dB/cm kaj ringa resonatora kvalita faktoro de 1,1 milionoj. La apliko de χ(3) nelineareco en nelineara fotoniko estis studita. La avantaĝoj de litia niobato sur izolilo (LNoI), kiu elmontras bonegajn χ (2) kaj χ (3) neliniajn trajtojn kune kun forta optika enfermo pro sia "izolaĵo-sur" strukturo, kaŭzis signifajn progresojn en ondgvidteknologio por ultrarapida. modulatoroj kaj integra nelinia fotoniko [1-3]. Aldone al LN, litia tantalato (LT) ankaŭ estis esplorita kiel nelinia fotona materialo. Kompare kun LN, LT havas pli altan optikan difektan sojlon kaj pli larĝan optikan travideblecon [4, 5], kvankam ĝiaj optikaj parametroj, kiel refrakta indico kaj neliniaj koeficientoj, estas similaj al tiuj de LN [6, 7]. Tiel, LToI elstaras kiel alia forta kandidatmaterialo por alta optika potenco neliniaj fotonaj aplikoj. Krome, LToI fariĝas ĉefa materialo por surfacaj akustikaj ondoj (SAW) filtrilaj aparatoj, aplikeblaj en altrapidaj moveblaj kaj sendrataj teknologioj. En tiu kunteksto, LToI-oblatoj povas iĝi pli oftaj materialoj por fotonaj aplikoj. Tamen, ĝis nun, nur kelkaj fotonaj aparatoj bazitaj sur LToI estis raportitaj, kiel ekzemple mikrodiskaj resonatoroj [8] kaj elektro-optikaj fazŝanĝiloj [9]. En ĉi tiu artikolo, ni prezentas malalt-perdan LToI-ondgvidilon kaj ĝian aplikon en ringa resonatoro. Aldone, ni provizas la χ(3) neliniajn trajtojn de la LToI-ondgvidilo.
Ŝlosilaj Punktoj:
• Proponante 4-colajn ĝis 6-colajn LToI-oblatojn, maldikfilmajn litiajn tantalatajn oblatojn, kun supraj tavolaj dikaĵoj de 100 nm ĝis 1500 nm, uzante hejman teknologion kaj maturajn procezojn.
• SINOI: Ultra-malalta perdo silicio nitruro maldika filmo oblatoj.
• SICOI: Altpuraj duon-izolaj siliciokarburaj maldikfilmaj substratoj por silicikarburaj fotonaj integraj cirkvitoj.
• LTOI: forta konkuranto al litia niobato, maldikfilmaj litiotantataj oblatoj.
• LNOI: 8-cola LNOI subtenanta la amasproduktadon de pli grandskalaj maldikfilmaj litio niobato-produktoj.
Fabrikado sur Izolaj Ondgvidiloj:En ĉi tiu studo, ni uzis 4-colajn LToI-oblatojn. La supra LT-tavolo estas komerca 42° turnita Y-tranĉita LT-substrato por SAW-aparatoj, kiu estas rekte kunligita al Si-substrato kun 3 µm dika termika oksidtavolo, uzante inteligentan tranĉan procezon. Figuro 1 (a) montras supran vidon de la LToI-oblato, kun la supra LT-tavoldikeco de 200 nm. Ni taksis la surfacan malglatecon de la supra LT-tavolo uzante atomfortan mikroskopion (AFM).
Figuro 1.(a) Supra vido de la LToI-oblato, (b) AFM-bildo de la surfaco de la supra LT-tavolo, (c) PFM-bildo de la surfaco de la supra LT-tavolo, (d) Skema sekco de la LToI-ondgvidisto, (e) Kalkulita fundamenta TE-reĝimprofilo, kaj (f) SEM-bildo de la LToI-ondgvidkerno antaŭ SiO2-supertavoldemetaĵo. Kiel montrite en Figuro 1 (b), la surfaca malglateco estas malpli ol 1 nm, kaj neniuj gratlinioj estis observitaj. Aldone, ni ekzamenis la polusigan staton de la supra LT-tavolo uzante piezoelektran respondfortan mikroskopion (PFM), kiel montrite en Figuro 1 (c). Ni konfirmis, ke unuforma polusiĝo estis konservita eĉ post la kunliga procezo.
Uzante ĉi tiun LToI-substraton, ni fabrikis la ondgvidilon jene. Unue, metala maskotavolo estis deponita por posta seka akvaforto de la LT. Tiam, elektronradio (EB) litografio estis farita por difini la ondgvidkernpadronon aldone al la metalmasktavolo. Poste, ni transdonis la EB-rezistan ŝablonon al la metala maskotavolo per seka akvaforto. Poste, la LToI-ondgvidkerno estis formita uzante elektronciklotronresonancon (ECR) plasma akvaforton. Finfine, la metalmasktavolo estis forigita tra malseka procezo, kaj SiO2-supertavolo estis deponita uzante plasm-plifortigitan kemian vapordemetadon. Figuro 1 (d) montras la skeman sekcon de la LToI-ondgvidilo. La totala kernalteco, platalteco kaj kernlarĝo estas 200 nm, 100 nm, kaj 1000 nm, respektive. Notu ke la kernlarĝo disetendiĝas al 3 µm ĉe la ondgvidrando por optika fibro-kuplado.
Figuro 1 (e) montras la kalkulitan optikan intensecdistribuon de la fundamenta transversa elektra (TE) reĝimo ĉe 1550 nm. Figuro 1 (f) montras la skanan elektronmikroskopon (SEM) bildon de la LToI-ondgvidkerno antaŭ la atestaĵo de la SiO2-supertavolo.
Karakterizaĵoj de Ondgvidilo:Ni unue taksis la liniajn perdkarakterizaĵojn per enigo de TE-polarigita lumo de 1550 nm-longa ondo-amplifita spontanea emisiofonto en LToI-ondgvidilojn de diversaj longoj. La disvastigperdo estis akirita de la deklivo de la rilato inter ondgvidlongo kaj dissendo ĉe ĉiu ondolongo. La mezuritaj disvastigperdoj estis 0.32, 0.28, kaj 0.26 dB/cm ĉe 1530, 1550, kaj 1570 nm, respektive, kiel montrite en Figuro 2 (a). La fabrikitaj LToI-ondgvidiloj elmontris kompareblan malaltperdan agadon al pintnivelaj LNoI-ondgvidiloj [10].
Poste, ni taksis la nelinearecon χ(3) per la ondolonga konvertiĝo generita de kvar-onda miksa procezo. Ni enigas kontinuan ondo-pumpilan lumon je 1550.0 nm kaj signalan lumon je 1550.6 nm en 12 mm longan ondgvidilon. Kiel montrite en Figuro 2 (b), la fazo-konjugacia (malrapida) lumonda signala intenseco pliiĝis kun pliiĝanta eniga potenco. La enmetita en Figuro 2 (b) montras la tipan produktaĵspektron de la kvar-onda miksado. De la rilato inter eniga potenco kaj konverta efikeco, ni taksis la nelinian parametron (γ) esti proksimume 11 W^-1m.
Figuro 3.(a) Mikroskopbildo de la fabrikita ringresonatoro. (b) Dissendospektroj de la ringresonatoro kun diversaj interspacparametroj. (c) Mezurita kaj Lorentzian-adaptita dissenda spektro de la ringresonatoro kun interspaco de 1000 nm.
Poste, ni fabrikis LToI-ringan resonatoron kaj taksis ĝiajn karakterizaĵojn. Figuro 3 (a) montras la optikan mikroskopbildon de la fabrikita ringresonatoro. La ringresonatoro havas "vetkuro-" konfiguracion, konsistante el kurba regiono kun radiuso de 100 µm kaj rekta regiono de 100 µm en longo. La interspaclarĝo inter la ringo kaj la busa ondgvidkerno varias en pliigoj de 200 Nm, specife ĉe 800, 1000, kaj 1200 Nm. Figuro 3 (b) montras la dissendospektrojn por ĉiu interspaco, indikante ke la formortoproporcio ŝanĝiĝas kun la breĉograndeco. De ĉi tiuj spektroj, ni determinis ke la 1000 nm-interspaco disponigas preskaŭ kritikajn kunligajn kondiĉojn, ĉar ĝi elmontras la plej altan formorproporcion de -26 dB.
Uzante la danĝernivele kunligitan resonacion, ni taksis la kvalitan faktoron (Q-faktoron) ĝustigante la linearan dissendan spektron kun Lorentziana kurbo, akirante internan Q-faktoron de 1.1 milionoj, kiel montrite en Figuro 3 (c). Laŭ nia scio, tio estas la unua pruvo de ondgvid-kunligita LToI-ringa resonatoro. Precipe, la Q-faktorvaloro, kiun ni atingis, estas signife pli alta ol tiu de fibro-kunligitaj LToI-mikrodiskaj resonatoroj [9].
Konkludo:Ni evoluigis LToI-ondgvidilon kun perdo de 0.28 dB/cm je 1550 nm kaj ringa resonatora Q-faktoro de 1.1 milionoj. La agado akirita estas komparebla al tiu de pintnivelaj malaltperdaj LNoI-ondgvidiloj. Aldone, ni esploris la χ(3) nelinearecon de la fabrikita LToI-ondgvidilo por sur-blataj neliniaj aplikoj.
Afiŝtempo: Nov-20-2024