Աբստրակտ:Մենք մշակել ենք 1550 նմ մեկուսիչի վրա հիմնված լիթիումի տանտալատային ալիքատար՝ 0.28 դԲ/սմ կորստով և 1.1 միլիոն օղակային ռեզոնատորի որակի գործակցով: Ուսումնասիրվել է χ(3) ոչ գծայինության կիրառումը ոչ գծային ֆոտոնիկայում: Լիթիումի նիոբատի առավելությունները մեկուսիչի վրա (LNoI), որը ցուցաբերում է χ(2) և χ(3) գերազանց ոչ գծային հատկություններ, ինչպես նաև ուժեղ օպտիկական սահմանափակում՝ իր «մեկուսիչի վրա» կառուցվածքի շնորհիվ, հանգեցրել են ալիքատարի տեխնոլոգիայի զգալի առաջընթացի՝ գերարագ մոդուլյատորների և ինտեգրված ոչ գծային ֆոտոնիկայի համար [1-3]: Բացի LN-ից, լիթիումի տանտալատը (LT) նույնպես ուսումնասիրվել է որպես ոչ գծային ֆոտոնիկ նյութ: LN-ի համեմատ, LT-ն ունի ավելի բարձր օպտիկական վնասի շեմ և ավելի լայն օպտիկական թափանցիկության պատուհան [4, 5], չնայած նրա օպտիկական պարամետրերը, ինչպիսիք են բեկման ցուցիչը և ոչ գծային գործակիցները, նման են LN-ի օպտիկական պարամետրերին [6, 7]: Այսպիսով, LToI-ն առանձնանում է որպես բարձր օպտիկական հզորության ոչ գծային ֆոտոնիկային կիրառությունների մեկ այլ ուժեղ թեկնածու նյութ: Ավելին, LToI-ն դառնում է մակերեսային ակուստիկ ալիքի (SAW) ֆիլտրի սարքերի հիմնական նյութ, որը կիրառելի է բարձր արագությամբ շարժական և անլար տեխնոլոգիաների մեջ: Այս համատեքստում, LToI վեֆլերը կարող են դառնալ ավելի տարածված նյութեր ֆոտոնային կիրառությունների համար: Այնուամենայնիվ, մինչ օրս LToI-ի վրա հիմնված միայն մի քանի ֆոտոնային սարքեր են ներկայացվել, ինչպիսիք են միկրոսկավառակային ռեզոնատորները [8] և էլեկտրոօպտիկական փուլային տեղաշարժիչները [9]: Այս հոդվածում մենք ներկայացնում ենք ցածր կորուստներով LToI ալիքատար և դրա կիրառումը օղակաձև ռեզոնատորում: Բացի այդ, մենք ներկայացնում ենք LToI ալիքատարի χ(3) ոչ գծային բնութագրերը:
Հիմնական կետեր՝
• Առաջարկվում է 4-ից 6 դյույմանոց LToI վաֆլիներ, բարակ թաղանթային լիթիում-տանտալատային վաֆլիներ, որոնց վերին շերտի հաստությունը տատանվում է 100 նմ-ից մինչև 1500 նմ, օգտագործելով տեղական տեխնոլոգիաներ և հասուն գործընթացներ:
• SINOI: Գերցածր կորուստներով սիլիցիումի նիտրիդային բարակ թաղանթային վաֆլերներ։
• SICOI: Բարձր մաքրության կիսամեկուսիչ սիլիցիումի կարբիդային բարակ թաղանթային հիմքեր սիլիցիումի կարբիդային ֆոտոնային ինտեգրալային սխեմաների համար։
• LTOI. Լիթիումի նիոբատի, բարակ թաղանթային լիթիումի տանտալատային վաֆլերի ուժեղ մրցակից։
• LNOI: 8 դյույմանոց LNOI, որը աջակցում է ավելի մեծածավալ բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային արտադրանքի զանգվածային արտադրությանը:
Արտադրություն մեկուսիչ ալիքատարերի վրա.Այս ուսումնասիրության մեջ մենք օգտագործել ենք 4 դյույմանոց LToI վաֆլիներ: Վերին LT շերտը SAW սարքերի համար նախատեսված 42°-ով պտտվող Y-կտրված առևտրային LT հիմք է, որը անմիջապես միացված է Si հիմքին՝ 3 մկմ հաստությամբ ջերմային օքսիդային շերտով՝ օգտագործելով խելացի կտրման գործընթաց: Նկար 1(ա)-ն ցույց է տալիս LToI վաֆլի վերևից տեսքը՝ 200 նմ վերին LT շերտի հաստությամբ: Մենք գնահատել ենք վերին LT շերտի մակերեսային կոպտությունը՝ օգտագործելով ատոմային ուժային մանրադիտակ (AFM):
Նկար 1։(ա) LToI վաֆլի վերևից տեսքը, (բ) վերին LT շերտի մակերևույթի AFM պատկերը, (գ) վերին LT շերտի մակերևույթի PFM պատկերը, (դ) LToI ալիքատարի սխեմատիկ լայնական կտրվածքը, (ե) հաշվարկված հիմնարար TE ռեժիմի պրոֆիլը, և (զ) LToI ալիքատարի միջուկի SEM պատկերը SiO2 վերին շերտի նստեցումից առաջ: Ինչպես ցույց է տրված նկար 1 (բ)-ում, մակերևույթի կոպտությունը 1 նմ-ից պակաս է, և քերծվածքային գծեր չեն դիտվել: Բացի այդ, մենք ուսումնասիրել ենք վերին LT շերտի բևեռացման վիճակը՝ օգտագործելով պիեզոէլեկտրական արձագանքման ուժի մանրադիտակ (PFM), ինչպես ցույց է տրված նկար 1 (գ)-ում: Մենք հաստատել ենք, որ միատարր բևեռացումը պահպանվել է նույնիսկ կապման գործընթացից հետո:
Այս LToI հիմքը օգտագործելով՝ մենք ալիքատարը պատրաստեցինք հետևյալ կերպ։ Սկզբում մետաղական դիմակի շերտը տեղադրվեց LT-ի հետագա չոր փորագրման համար։ Այնուհետև կատարվեց էլեկտրոնային փնջի (EB) լիտոգրաֆիա՝ մետաղական դիմակի շերտի վերևում ալիքատարի միջուկի նախշը սահմանելու համար։ Հաջորդը, մենք EB դիմադրության նախշը տեղափոխեցինք մետաղական դիմակի շերտ՝ չոր փորագրման միջոցով։ Այնուհետև, LToI ալիքատարի միջուկը ձևավորվեց էլեկտրոնային ցիկլոտրոնային ռեզոնանսի (ECR) պլազմային փորագրման միջոցով։ Վերջապես, մետաղական դիմակի շերտը հեռացվեց թաց գործընթացով, և SiO2 վերին շերտը տեղադրվեց պլազմայով ուժեղացված քիմիական գոլորշու նստեցման միջոցով։ Նկար 1 (դ)-ն ցույց է տալիս LToI ալիքատարի սխեմատիկ կտրվածքը։ Միջուկի ընդհանուր բարձրությունը, թիթեղի բարձրությունը և միջուկի լայնությունը համապատասխանաբար 200 նմ, 100 նմ և 1000 նմ են։ Նկատի ունեցեք, որ օպտիկական մանրաթելային միացման համար միջուկի լայնությունը ալիքատարի եզրին մեծանում է մինչև 3 մկմ։
Նկար 1 (ե)-ն ցույց է տալիս հիմնարար լայնակի էլեկտրական (TE) ռեժիմի հաշվարկված օպտիկական ինտենսիվության բաշխումը 1550 նմ-ում: Նկար 1 (զ)-ն ցույց է տալիս LToI ալիքատար միջուկի սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) պատկերը SiO2 վերին շերտի նստեցումից առաջ:
Ալիքային ուղեցույցի բնութագրերը՝Սկզբում մենք գնահատեցինք գծային կորստի բնութագրերը՝ 1550 նմ ալիքի երկարությամբ ուժեղացված ինքնաբուխ ճառագայթման աղբյուրից TE-բևեռացված լույսը տարբեր երկարությունների LToI ալիքատարերի մեջ ներմուծելով: Տարածման կորուստը ստացվել է ալիքատարի երկարության և յուրաքանչյուր ալիքի երկարության վրա փոխանցման միջև եղած կապի թեքությունից: Չափված տարածման կորուստները համապատասխանաբար 0.32, 0.28 և 0.26 դԲ/սմ էին 1530, 1550 և 1570 նմ-ում, ինչպես ցույց է տրված նկար 2 (ա)-ում: Պատրաստված LToI ալիքատարերը ցուցաբերել են համեմատելի ցածր կորստի ցուցանիշներ ժամանակակից LNoI ալիքատարերի հետ [10]:
Հաջորդը, մենք գնահատեցինք χ(3) ոչ գծայինությունը՝ չորսալիք խառնման գործընթացով առաջացած ալիքի երկարության փոխակերպման միջոցով: Մենք 12 մմ երկարությամբ ալիքատարի մեջ մտցրեցինք 1550.0 նմ-ի անընդհատ ալիքային պոմպային լույս և 1550.6 նմ-ի ազդանշանային լույս: Ինչպես ցույց է տրված նկար 2 (բ)-ում, փուլային կոնյուգատի (ծույլ) լույսի ալիքի ազդանշանի ինտենսիվությունը մեծանում էր մուտքային հզորության աճին զուգընթաց: Նկար 2 (բ)-ի ներդիրը ցույց է տալիս չորսալիք խառնման բնորոշ ելքային սպեկտրը: Մուտքային հզորության և փոխակերպման արդյունավետության միջև եղած կապից ելնելով՝ մենք գնահատեցինք ոչ գծային պարամետրը (γ) մոտավորապես 11 Վտ^-1մ:
Նկար 3։(ա) Պատրաստված օղակային ռեզոնատորի մանրադիտակային պատկերը։ (բ) Օղակաձև ռեզոնատորի թափանցելիության սպեկտրները՝ տարբեր բացվածքային պարամետրերով։ (գ) 1000 նմ բացվածքով օղակաձև ռեզոնատորի չափված և Լորենցյան-հարմարեցված թափանցելիության սպեկտրը։
Հաջորդը, մենք պատրաստեցինք LToI օղակաձև ռեզոնատոր և գնահատեցինք դրա բնութագրերը: Նկար 3 (ա)-ն ցույց է տալիս պատրաստված օղակաձև ռեզոնատորի օպտիկական մանրադիտակի պատկերը: Օղակաձև ռեզոնատորն ունի «մրցարշավային» կոնֆիգուրացիա, որը բաղկացած է 100 մկմ շառավղով կոր շրջանից և 100 մկմ երկարությամբ ուղիղ շրջանից: Օղակի և ավտոբուսային ալիքատար միջուկի միջև եղած բացվածքի լայնությունը տատանվում է 200 նմ աճով, մասնավորապես՝ 800, 1000 և 1200 նմ-ի դեպքում: Նկար 3 (բ)-ն ցույց է տալիս յուրաքանչյուր բացվածքի փոխանցման սպեկտրները, որոնք ցույց են տալիս, որ մարման հարաբերակցությունը փոխվում է բացվածքի չափի հետ: Այս սպեկտրներից մենք որոշեցինք, որ 1000 նմ բացվածքը ապահովում է գրեթե կրիտիկական միացման պայմաններ, քանի որ այն ցուցաբերում է -26 դԲ մարման ամենաբարձր հարաբերակցությունը:
Օգտագործելով կրիտիկականորեն միացված ռեզոնատորը, մենք գնահատեցինք որակի գործակիցը (Q գործակից)՝ գծային փոխանցման սպեկտրը Լորենցի կորի հետ համապատասխանեցնելով, ստանալով 1.1 միլիոն ներքին Q գործակից, ինչպես ցույց է տրված նկար 3 (գ)-ում: Մեր իմացության չափով, սա ալիքատարով միացված LToI օղակաձև ռեզոնատորի առաջին ցուցադրությունն է: Հատկանշական է, որ մեր ստացած Q գործակցի արժեքը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան մանրաթելով միացված LToI միկրոսկավառակային ռեզոնատորների արժեքը [9]:
Եզրակացություն.Մենք մշակել ենք LToI ալիքատար՝ 0.28 դԲ/սմ կորստով 1550 նմ-ում և 1.1 միլիոն օղակային ռեզոնատորի Q գործակցով: Ստացված արդյունավետությունը համեմատելի է ժամանակակից ցածր կորուստներով LNoI ալիքատարների արդյունավետության հետ: Բացի այդ, մենք ուսումնասիրել ենք արտադրված LToI ալիքատարի χ(3) ոչ գծայինությունը չիպի վրա ոչ գծային կիրառությունների համար:
Հրապարակման ժամանակը. Նոյեմբերի 20-2024