Muhtasari:Tumeunda mwongozo wa wimbi wa wimbi la lithiamu tantalate lenye kizio 1550 na upotezaji wa 0.28 dB/cm na kipengele cha ubora wa resonator cha milioni 1.1. Utumiaji wa χ(3) kutokuwa na mstari katika picha zisizo za mstari umesomwa. Faida za lithiamu niobate kwenye kizio (LNoI), ambayo inaonyesha sifa bora zaidi za χ(2) na χ(3) zisizo za mstari pamoja na kizuizi dhabiti cha macho kwa sababu ya muundo wake wa "insulator-on", imesababisha maendeleo makubwa katika teknolojia ya wimbi la kasi zaidi. moduli na fotoni zilizojumuishwa zisizo za mstari [1-3]. Kando na LN, lithiamu tantalate (LT) pia imechunguzwa kama nyenzo ya picha isiyo ya mstari. Ikilinganishwa na LN, LT ina kizingiti cha juu cha uharibifu wa macho na dirisha pana la uwazi la macho [4, 5], ingawa vigezo vyake vya macho, kama vile index ya refractive na coefficients zisizo za mstari, ni sawa na zile za LN [6, 7]. Kwa hivyo, LToI inajitokeza kama nyenzo nyingine dhabiti ya mgombea kwa matumizi ya picha ya nguvu ya juu ya macho yasiyo ya mstari. Zaidi ya hayo, LToI inakuwa nyenzo ya msingi kwa vifaa vya chujio vya mawimbi ya sauti ya uso (SAW), vinavyotumika katika teknolojia ya kasi ya juu ya rununu na isiyotumia waya. Katika muktadha huu, kaki za LToI zinaweza kuwa nyenzo za kawaida kwa matumizi ya picha. Hata hivyo, hadi sasa, ni vifaa vichache tu vya kupiga picha kulingana na LToI ambavyo vimeripotiwa, kama vile vitoa sauti vya diski ndogo [8] na vibadilishaji vya umeme vya macho [9]. Katika karatasi hii, tunawasilisha mwongozo wa wimbi wa LToI wenye hasara ya chini na matumizi yake katika kipokea sauti cha pete. Zaidi ya hayo, tunatoa χ(3) sifa zisizo za mstari za mwongozo wa wimbi wa LToI.
Mambo Muhimu:
• Inatoa kaki za inchi 4 hadi inchi 6 za LToI, kaki za lithiamu tantalate za filamu nyembamba, zenye unene wa safu ya juu kuanzia nm 100 hadi 1500 nm, kwa kutumia teknolojia ya nyumbani na michakato ya kukomaa.
• SINOI: Kaki za silicon nitride nyembamba za filamu zenye hasara ya chini sana.
• SICOI: Viwango vya juu vya ubora wa juu vya kuhami silicon carbide thin-film kwa saketi zilizounganishwa za silicon carbide photonic.
• LTOI: Mshindani mkubwa wa lithiamu niobate, kaki za lithiamu tantalate za filamu nyembamba.
• LNOI: LNOI ya inchi 8 inayosaidia utengenezaji wa wingi wa bidhaa za kiwango kikubwa cha filamu nyembamba ya lithiamu niobate.
Utengenezaji kwenye Miongozo ya Mawimbi ya Insulator:Katika utafiti huu, tulitumia kaki za LToI za inchi 4. Safu ya juu ya LT ni sehemu ndogo ya kibiashara ya Y-cut LT iliyozungushwa 42° kwa ajili ya vifaa vya SAW, ambayo inaunganishwa moja kwa moja kwenye substrate ya Si yenye safu nene ya 3 µm ya oksidi ya joto, inayotumia mchakato mzuri wa kukata. Kielelezo 1(a) kinaonyesha mwonekano wa juu wa kaki ya LToI, yenye safu ya juu ya LT unene wa nm 200. Tulitathmini ukali wa uso wa safu ya juu ya LT kwa kutumia hadubini ya nguvu ya atomiki (AFM).
Kielelezo cha 1.(a) Mwonekano wa juu wa kaki ya LToI, (b) Picha ya AFM ya uso wa safu ya juu ya LT, (c) Picha ya PFM ya uso wa safu ya juu ya LT, (d) Sehemu ya kimkakati ya mwongozo wa mawimbi wa LToI, (e) Imekokotoa wasifu msingi wa hali ya TE, na (f) picha ya SEM ya msingi wa mwongozo wa wimbi wa LToI kabla ya uwekaji wa kiwekeleo wa SiO2. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (b), ukali wa uso ni chini ya nm 1, na hakuna mistari ya mwanzo iliyozingatiwa. Zaidi ya hayo, tulichunguza hali ya mgawanyiko wa safu ya juu ya LT kwa kutumia hadubini ya nguvu ya mwitikio wa piezoelectric (PFM), kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (c). Tulithibitisha kuwa utofautishaji sare ulidumishwa hata baada ya mchakato wa kuunganisha.
Kwa kutumia substrate hii ya LToI, tulitengeneza mwongozo wa wimbi kama ifuatavyo. Kwanza, safu ya mask ya chuma iliwekwa kwa etching kavu inayofuata ya LT. Kisha, lithography ya boriti ya elektroni (EB) ilifanywa ili kufafanua muundo wa msingi wa wimbi juu ya safu ya barakoa ya chuma. Kisha, tulihamisha muundo wa kupinga wa EB kwenye safu ya mask ya chuma kupitia etching kavu. Baadaye, msingi wa mwongozo wa wimbi la LToI uliundwa kwa kutumia etching cyclotron resonance (ECR) etching ya plasma. Hatimaye, safu ya mask ya chuma iliondolewa kupitia mchakato wa mvua, na safu ya juu ya SiO2 iliwekwa kwa kutumia uwekaji wa mvuke wa kemikali ulioimarishwa wa plasma. Kielelezo cha 1 (d) kinaonyesha sehemu ya kimkakati ya mwongozo wa wimbi wa LToI. Urefu wa jumla wa msingi, urefu wa sahani, na upana wa msingi ni 200 nm, 100 nm, na 1000 nm, kwa mtiririko huo. Kumbuka kuwa upana wa msingi hupanuka hadi 3 µm kwenye ukingo wa wimbi la uunganishaji wa nyuzi macho.
Kielelezo cha 1 (e) kinaonyesha usambaaji uliokokotolewa wa ukubwa wa macho wa modi ya msingi ya umeme inayopita (TE) katika 1550 nm. Kielelezo cha 1 (f) kinaonyesha taswira ya hadubini ya elektroni (SEM) inayochanganua ya msingi wa mwongozo wa wimbi wa LToI kabla ya uwekaji wa kiwekeleo cha SiO2.
Tabia za Waveguide:Kwanza tulitathmini sifa za upotevu wa mstari kwa kuingiza mwanga wa TE-polarized kutoka kwa chanzo cha mawimbi ya 1550 nm kilichokuzwa cha pekee hadi miongozo ya mawimbi ya LToI ya urefu tofauti. Hasara ya uenezi ilipatikana kutoka kwa mteremko wa uhusiano kati ya urefu wa wimbi la wimbi na upitishaji katika kila urefu wa wimbi. Hasara za uenezi zilizopimwa zilikuwa 0.32, 0.28, na 0.26 dB/cm katika 1530, 1550, na 1570 nm, kwa mtiririko huo, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (a). Miongozo ya mawimbi ya LToI iliyobuniwa ilionyesha utendakazi wa hasara ya chini unaolinganishwa na miongozo ya mawimbi ya kisasa ya LNoI [10].
Ifuatayo, tulitathmini χ (3) isiyo ya mstari kwa njia ya uongofu wa urefu wa wimbi unaotokana na mchakato wa kuchanganya wa mawimbi manne. Tunaingiza mwanga wa pampu ya wimbi la kuendelea kwa 1550.0 nm na mwanga wa ishara saa 1550.6 nm kwenye wimbi la wimbi la urefu wa 12 mm. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (b), nguvu ya mawimbi ya mwanga ya awamu ya kuunganisha (isiyofanya kazi) iliongezeka kwa nguvu ya uingizaji. Kipengee kilicho katika Mchoro 2 (b) kinaonyesha wigo wa kawaida wa pato la mchanganyiko wa mawimbi manne. Kutokana na uhusiano kati ya nguvu ya kuingiza data na ufanisi wa ubadilishaji, tulikadiria kigezo kisicho na mstari (γ) kuwa takriban 11 W^-1m.
Kielelezo cha 3.(a) Picha ya hadubini ya kinasa sauti cha pete iliyoundwa. (b) Usambazaji wa spectra ya resonator ya pete yenye vigezo mbalimbali vya pengo. (c) Wigo uliopimwa na uliowekwa na Lorentzian wa resonator ya pete na pengo la nm 1000.
Kisha, tulitengeneza resonator ya pete ya LToI na kutathmini sifa zake. Mchoro wa 3 (a) unaonyesha picha ya darubini ya macho ya resonator ya pete iliyoundwa. Resonator ya pete ina usanidi wa "mbio", inayojumuisha eneo lililopinda lenye radius ya 100 µm na eneo moja kwa moja la urefu wa 100 µm. Upana wa pengo kati ya pete na msingi wa wimbi la basi hutofautiana katika nyongeza za nm 200, haswa katika 800, 1000, na 1200 nm. Mchoro wa 3 (b) unaonyesha mwonekano wa upokezaji kwa kila pengo, ikionyesha kuwa uwiano wa kutoweka hubadilika kulingana na ukubwa wa pengo. Kutoka kwa taswira hizi, tuliamua kuwa pengo la nm 1000 hutoa karibu hali muhimu za uunganisho, kwani linaonyesha uwiano wa juu zaidi wa kutoweka wa -26 dB.
Kwa kutumia resonator iliyounganishwa kwa umakini, tulikadiria kipengele cha ubora (Q factor) kwa kuweka wigo wa upokezaji wa mstari na mkunjo wa Lorentzian, kupata kipengele cha ndani cha Q cha milioni 1.1, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3 (c). Kwa ufahamu wetu, hili ni onyesho la kwanza la resonator ya pete ya LToI iliyounganishwa na mwongozo wa wimbi. Hasa, thamani ya kipengele cha Q tulichopata ni cha juu zaidi kuliko ile ya viunga vya diski ndogo vya LToI vilivyounganishwa na nyuzinyuzi [9].
Hitimisho:Tulitengeneza mwongozo wa wimbi la LToI na upotezaji wa 0.28 dB/cm katika 1550 nm na kipengee cha resonator cha pete Q cha milioni 1.1. Utendaji uliopatikana unalinganishwa na ule wa miongozo ya mawimbi ya LNoI ya hali ya juu yenye hasara ya chini. Zaidi ya hayo, tulichunguza χ(3) kutofuatana kwa mwongozo wa wimbi wa LToI uliotengenezwa kwa programu zisizo za mstari kwenye chip.
Muda wa kutuma: Nov-20-2024