Abstraktaĵo:Ni evoluigis 1550 nm-longan izolilon bazitan sur litio-tantalato-ondgvidilo kun perdo de 0.28 dB/cm kaj ringa resonatora kvalitfaktoro de 1.1 milionoj. La apliko de χ(3)-nelineareco en nelineara fotoniko estis studita. La avantaĝoj de litio-niobato sur izolilo (LNoI), kiu montras bonegajn χ(2) kaj χ(3)-nelinearajn ecojn kune kun forta optika enfermo pro sia "izolilo-sur" strukturo, kondukis al signifaj progresoj en ondgvidila teknologio por ultrarapidaj modulatoroj kaj integra nelineara fotoniko [1-3]. Aldone al LN, litio-tantalato (LT) ankaŭ estis esplorita kiel nelineara fotona materialo. Kompare kun LN, LT havas pli altan optikan difektosojlon kaj pli larĝan optikan travideblecan fenestron [4, 5], kvankam ĝiaj optikaj parametroj, kiel refrakta indico kaj nelinearaj koeficientoj, estas similaj al tiuj de LN [6, 7]. Tiel, LToI elstaras kiel alia forta kandidata materialo por alt-optik-potencaj nelinearaj fotonikaj aplikoj. Krome, LToI fariĝas ĉefa materialo por surfacaj akustikaj ondoj (SAW) filtrilaj aparatoj, aplikeblaj en altrapidaj moveblaj kaj sendrataj teknologioj. En ĉi tiu kunteksto, LToI-blaftoj povus fariĝi pli oftaj materialoj por fotonikaj aplikoj. Tamen, ĝis nun, nur kelkaj fotonikaj aparatoj bazitaj sur LToI estis raportitaj, kiel ekzemple mikrodiskaj resonatoroj [8] kaj elektro-optikaj fazoŝanĝiloj [9]. En ĉi tiu artikolo, ni prezentas malalt-perdan LToI-ondgvidilon kaj ĝian aplikon en ringa resonatoro. Plie, ni provizas la χ(3) nelinearajn karakterizaĵojn de la LToI-ondgvidilo.
Ŝlosilaj Punktoj:
• Proponante 4-colajn ĝis 6-colajn LToI-blatojn, maldikfilmajn litiajn tantalatajn blatojn, kun supraj tavoldikecoj variantaj de 100 nm ĝis 1500 nm, utiligante hejman teknologion kaj maturajn procezojn.
• SINOI: Ultra-malaltperdaj siliciaj nitridaj maldikfilmaj oblatoj.
• SICOI: Altpurecaj duonizolaj maldikfilmaj substratoj el siliciokarbido por fotonaj integraj cirkvitoj el siliciokarbido.
• LTOI: Forta konkuranto al litiaj niobato, maldikfilmaj litiaj tantalataj oblatoj.
• LNOI: 8-cola LNOI subtenanta la amasproduktadon de pli grandskalaj maldikfilmaj litiaj niobatproduktoj.
Fabrikado sur Izolilaj Ondgvidiloj:En ĉi tiu studo, ni uzis 4-colajn LToI-blatojn. La supra LT-tavolo estas komerca 42°-rotaciita Y-tranĉita LT-substrato por SAW-aparatoj, kiu estas rekte ligita al Si-substrato kun 3 µm dika termika oksida tavolo, uzante inteligentan tranĉprocezon. Figuro 1(a) montras supran vidon de la LToI-blato, kun la dikeco de la supra LT-tavolo 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-plato, (b) AFM-bildo de la surfaco de la supra LT-tavolo, (c) PFM-bildo de la surfaco de la supra LT-tavolo, (d) Skemata sekco de la LToI-ondgvidilo, (e) Kalkulita fundamenta TE-reĝima profilo, kaj (f) SEM-bildo de la LToI-ondgvidila kerno antaŭ la deponado de SiO2-supertavolo. Kiel montrite en Figuro 1 (b), la surfaca malglateco estas malpli ol 1 nm, kaj neniuj gratlinioj estis observitaj. Plie, ni ekzamenis la polarigan staton de la supra LT-tavolo uzante piezoelektran respondfortan mikroskopion (PFM), kiel prezentite en Figuro 1 (c). Ni konfirmis, ke uniforma polarigo estis konservita eĉ post la ligprocezo.
Uzante ĉi tiun LToI-substraton, ni fabrikis la ondgvidilon jene. Unue, metalmaskotavolo estis deponita por posta seka gravurado de la LT. Poste, elektronfasko-litografio (EB) estis farita por difini la ondgvidilan kernan padronon sur la metalmaskotavolo. Poste, ni transdonis la EB-rezistan padronon al la metalmaskotavolo per seka gravurado. Poste, la LToI-ondgvidila kerno estis formita uzante elektronan ciklotronresonancan (ECR) plasma gravuradon. Fine, la metalmaskotavolo estis forigita per malseka procezo, kaj SiO2-supertavolo estis deponita uzante plasmo-plifortigitan kemian vapordemetadon. Figuro 1 (d) montras la skeman transsekcon de la LToI-ondgvidilo. La totala kerna alteco, plata alteco kaj kerna larĝo estas 200 nm, 100 nm kaj 1000 nm, respektive. Notu, ke la kerna larĝo pligrandiĝas ĝis 3 µm ĉe la ondgvidila rando por optika fibra kuplado.
Figuro 1 (e) montras la kalkulitan optikan intensecan distribuon de la fundamenta transversa elektra (TE) reĝimo je 1550 nm. Figuro 1 (f) montras la skanan elektronmikroskopan (SEM) bildon de la LToI-ondgvidila kerno antaŭ la deponado de la SiO2-supertavolo.
Karakterizaĵoj de ondgvidiloj:Ni unue taksis la linearajn perdokarakterizaĵojn per enigo de TE-polarigita lumo de 1550 nm ondolongo-ampligita spontanea emisia fonto en LToI-ondgvidilojn de diversaj longoj. La disvastiĝa perdo estis akirita el la deklivo de la rilato inter ondogvidila longo kaj dissendo ĉe ĉiu ondolongo. La mezuritaj disvastiĝaj perdoj 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 montris kompareblan malalt-perdan rendimenton al pintnivelaj LNoI-ondgvidiloj [10].
Poste, ni taksis la χ(3) nelinearecon per la ondolonga konverto generita de kvar-onda miksa procezo. Ni enigis kontinuan ondan pumplumon je 1550.0 nm kaj signallumon je 1550.6 nm en 12 mm longan ondogvidilon. Kiel montrite en Figuro 2 (b), la faz-konjugita (malaktiva) lumonda signalintenseco pliiĝis kun kreskanta enira potenco. La enmetita bildo en Figuro 2 (b) montras la tipan eliran spektron de la kvar-onda miksado. El la rilato inter enira potenco kaj konverta efikeco, ni taksis la nelinearan parametron (γ) je proksimume 11 W^-1m.
Figuro 3.(a) Mikroskopa bildo de la fabrikita ringa resonatoro. (b) Transmisiaj spektroj de la ringa resonatoro kun diversaj interspacaj parametroj. (c) Mezurita kaj Lorentzian-alĝustigita transmisia spektro de la ringa resonatoro kun interspaco de 1000 nm.
Poste, ni fabrikis LToI-ringan resonatoron kaj taksis ĝiajn karakterizaĵojn. Figuro 3 (a) montras la optikan mikroskopan bildon de la fabrikita ringa resonatoro. La ringa resonatoro havas "kurejo-" konfiguracion, konsistantan el kurba regiono kun radiuso de 100 µm kaj rekta regiono de 100 µm longa. La interspaco inter la ringo kaj la busa ondgvidila kerno varias en pliigoj de 200 nm, specife je 800, 1000 kaj 1200 nm. Figuro 3 (b) montras la transmisiajn spektrojn por ĉiu interspaco, indikante ke la estingiĝa proporcio ŝanĝiĝas kun la grandeco de la interspaco. El ĉi tiuj spektroj, ni determinis, ke la 1000-nm-interspaco provizas preskaŭ kritikajn kunligajn kondiĉojn, ĉar ĝi montras la plej altan estingiĝan proporcion de -26 dB.
Uzante la kritike kuplitan resonatoron, ni taksis la kvalitfaktoron (Q-faktoron) per alĝustigo de la lineara transmisia spektro per Lorentziana kurbo, akirante internan Q-faktoron de 1.1 milionoj, kiel montrite en Figuro 3 (c). Laŭ nia scio, ĉi tio estas la unua demonstraĵo de ondgvidilo-kuplita LToI-ringoresonatoro. Rimarkinde, la Q-faktoro-valoro, kiun ni atingis, estas signife pli alta ol tiu de fibro-kuplitaj LToI-mikrodiskaj resonatoroj [9].
Konkludo:Ni evoluigis LToI-ondgvidilon kun perdo de 0.28 dB/cm je 1550 nm kaj ringoresonatora Q-faktoro de 1.1 milionoj. La akirita rendimento estas komparebla al tiu de pintnivelaj malalt-perdaj LNoI-ondgvidiloj. Plie, ni esploris la χ(3)-nelinearecon de la fabrikita LToI-ondgvidilo por sur-ĉipaj nelinearaj aplikoj.
Afiŝtempo: 20-a de novembro 2024