Muhtasari:Tumeunda mwongozo wa wimbi la lithiamu tantalate lenye msingi wa kizio cha 1550 nm lenye upotevu wa 0.28 dB/cm na kipengele cha ubora wa resonator ya pete cha milioni 1.1. Matumizi ya kutokuwa mstari wa χ(3) katika fotoniki zisizo mstari yamesomwa. Faida za lithiamu niobate kwenye kizio (LNoI), ambacho kinaonyesha sifa bora zisizo mstari za χ(2) na χ(3) pamoja na kizuizi kikali cha macho kutokana na muundo wake wa "kizio-on", zimesababisha maendeleo makubwa katika teknolojia ya mwongozo wa wimbi kwa vidhibiti vya kasi ya juu na fotoniki zisizo mstari zilizojumuishwa [1-3]. Mbali na LN, lithiamu tantalate (LT) pia imechunguzwa kama nyenzo isiyo ya mstari ya fotoniki. Ikilinganishwa na LN, LT ina kizingiti cha juu cha uharibifu wa macho na dirisha pana la uwazi wa macho [4, 5], ingawa vigezo vyake vya macho, kama vile faharisi ya kuakisi na viashiria visivyo mstari, vinafanana na vile vya LN [6, 7]. Kwa hivyo, LToI inajitokeza kama nyenzo nyingine yenye nguvu inayoweza kutumika kwa matumizi ya fotoniki zisizo za mstari zenye nguvu ya juu ya macho. Zaidi ya hayo, LToI inakuwa nyenzo kuu kwa vifaa vya kuchuja mawimbi ya akustisk ya uso (SAW), vinavyotumika katika teknolojia za simu na zisizotumia waya zenye kasi ya juu. Katika muktadha huu, wafer za LToI zinaweza kuwa nyenzo za kawaida zaidi kwa matumizi ya fotoniki. Hata hivyo, hadi sasa, ni vifaa vichache tu vya fotoniki kulingana na LToI vimeripotiwa, kama vile resonators za microdisk [8] na shifters za awamu ya electro-optic [9]. Katika karatasi hii, tunawasilisha mwongozo wa wimbi wa LToI wenye hasara ndogo na matumizi yake katika resonator ya pete. Zaidi ya hayo, tunatoa sifa zisizo za mstari za χ(3) za mwongozo wa wimbi wa LToI.
Mambo Muhimu:
• Inatoa wafers za LToI zenye ukubwa wa inchi 4 hadi 6, wafers za lithiamu tantalate zenye unene wa juu kuanzia 100 nanomita hadi 1500, kwa kutumia teknolojia ya ndani na michakato iliyokomaa.
• SINOI: Vifuniko vya nitridi nyembamba vya silikoni vyenye upotevu mdogo sana.
• SICOI: Sehemu ndogo za kabidi ya silikoni zenye uthabiti wa hali ya juu zenye uthabiti wa nusu kwa ajili ya saketi jumuishi za fotoniki za kabidi ya silikoni.
• LTOI: Mshindani mkubwa wa lithiamu niobate, kaki nyembamba za lithiamu tantalate.
• LNOI: LNOI ya inchi 8 inayounga mkono uzalishaji mkubwa wa bidhaa za lithiamu niobate zenye filamu nyembamba kwa kiwango kikubwa.
Utengenezaji kwenye Miongozo ya Mawimbi ya Kihami:Katika utafiti huu, tulitumia wafer za LToI za inchi 4. Safu ya juu ya LT ni substrate ya kibiashara ya LT iliyokatwa kwa Y iliyozungushwa ya 42° kwa vifaa vya SAW, ambayo imeunganishwa moja kwa moja kwenye substrate ya Si yenye safu ya oksidi ya joto yenye unene wa µm 3, ikitumia mchakato wa kukata kwa busara. Mchoro 1(a) unaonyesha mwonekano wa juu wa wafer ya LToI, yenye unene wa safu ya juu ya LT ya 200 nm. Tulitathmini ukali wa uso wa safu ya juu ya LT kwa kutumia hadubini ya nguvu ya atomiki (AFM).
Mchoro 1.(a) Mwonekano wa juu wa wafer 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 mtambuka ya mwongozo wa wimbi wa LToI, (e) Wasifu wa msingi wa TE uliohesabiwa, na (f) Picha ya SEM ya kiini cha mwongozo wa wimbi wa LToI kabla ya uwekaji wa safu ya juu ya SiO2. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (b), ukali wa uso ni chini ya nm 1, na hakuna mistari ya mikwaruzo iliyoonekana. Zaidi ya hayo, tulichunguza hali ya upolarishaji wa safu ya juu ya LT kwa kutumia hadubini ya nguvu ya mwitikio wa piezoelectric (PFM), kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (c). Tulithibitisha kwamba upolarishaji sare ulidumishwa hata baada ya mchakato wa kuunganisha.
Kwa kutumia substrate hii ya LToI, tulitengeneza mwongozo wa wimbi kama ifuatavyo. Kwanza, safu ya barakoa ya chuma iliwekwa kwa ajili ya uchongaji kavu unaofuata wa LT. Kisha, lithografia ya boriti ya elektroni (EB) ilifanywa ili kufafanua muundo wa msingi wa mwongozo wa wimbi juu ya safu ya barakoa ya chuma. Kisha, tulihamisha muundo wa upinzani wa EB hadi safu ya barakoa ya chuma kupitia uchongaji kavu. Baadaye, msingi wa mwongozo wa wimbi wa LToI uliundwa kwa kutumia uchongaji wa plasma wa elektroni cyclotron resonance (ECR). Hatimaye, safu ya barakoa ya chuma iliondolewa kupitia mchakato wa mvua, na safu ya juu ya SiO2 iliwekwa kwa kutumia uwekaji wa mvuke wa kemikali ulioimarishwa na plasma. Mchoro 1 (d) unaonyesha sehemu mtambuka 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, mtawalia. Kumbuka kwamba upana wa msingi hupanuka hadi 3 µm kwenye ukingo wa mwongozo wa wimbi kwa ajili ya kuunganisha nyuzi za macho.
Mchoro 1 (e) unaonyesha usambazaji wa nguvu ya macho uliohesabiwa wa hali ya msingi ya umeme mlalo (TE) katika 1550 nm. Mchoro 1 (f) unaonyesha picha ya darubini ya elektroni ya kuchanganua (SEM) ya kiini cha mwongozo wa wimbi la LToI kabla ya kuwekwa kwa safu ya juu ya SiO2.
Sifa za Mwongozo wa Mawimbi:Kwanza tulitathmini sifa za upotevu wa mstari kwa kuingiza mwangaza wa TE-polarized kutoka kwa chanzo cha utoaji wa hiari wa masafa ya 1550 nm ulioongezwa kwenye mawimbi ya LToI ya urefu tofauti. Upotevu wa uenezaji ulipatikana kutoka kwa mteremko wa uhusiano kati ya urefu wa mawimbi na upitishaji katika kila masafa ya 1530, 1550, na 1570 nm, mtawalia, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (a). Mawimbi ya LToI yaliyotengenezwa yalionyesha utendaji sawa wa upotevu wa chini na mawimbi ya LNoI ya kisasa [10].
Kisha, tulitathmini kutokuwa mstari kwa χ(3) kupitia ubadilishaji wa urefu wa wimbi unaotokana na mchakato wa kuchanganya mawimbi manne. Tunaingiza mwanga wa pampu ya wimbi endelevu katika 1550.0 nm na mwanga wa ishara katika 1550.6 nm kwenye mwongozo wa wimbi wa urefu wa 12 mm. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (b), nguvu ya ishara ya wimbi la mwanga wa awamu-muunganiko (idler) iliongezeka kadri nguvu ya kuingiza inavyoongezeka. Kipengee kilichopo kwenye Mchoro 2 (b) kinaonyesha wigo wa kawaida wa matokeo ya mchanganyiko wa mawimbi manne. Kutoka kwa uhusiano kati ya nguvu ya kuingiza na ufanisi wa ubadilishaji, tulikadiria kigezo kisicho cha mstari (γ) kuwa takriban 11 W^-1m.
Mchoro 3.(a) Picha ya hadubini ya resonator ya pete iliyotengenezwa. (b) Spektra ya upitishaji wa resonator ya pete yenye vigezo mbalimbali vya pengo. (c) Wigo wa upitishaji wa resonator ya pete uliopimwa na uliowekwa na Lorentzian wenye pengo la 1000 nm.
Kisha, tulitengeneza resonator ya pete ya LToI na kutathmini sifa zake. Mchoro 3 (a) unaonyesha picha ya darubini ya macho ya resonator ya pete iliyotengenezwa. Resonator ya pete ina usanidi wa "njia ya mbio", unaojumuisha eneo lililopinda lenye radius ya µm 100 na eneo lililonyooka la µm 100. Upana wa pengo kati ya pete na kiini cha mwongozo wa mawimbi ya basi hutofautiana katika nyongeza za 200 nm, haswa katika 800, 1000, na 1200 nm. Mchoro 3 (b) unaonyesha spektra ya upitishaji kwa kila pengo, ikionyesha kuwa uwiano wa kutoweka hubadilika kulingana na ukubwa wa pengo. Kutoka kwa spektra hizi, tuliamua kwamba pengo la 1000 nm hutoa hali muhimu za uunganisho, kwani linaonyesha uwiano wa juu zaidi wa kutoweka wa -26 dB.
Kwa kutumia resonator iliyounganishwa kwa kina, tulikadiria kipengele cha ubora (kipengele cha Q) kwa kuweka wigo wa upitishaji wa mstari na mkunjo wa Lorentzian, na kupata kipengele cha ndani cha Q cha milioni 1.1, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3 (c). Kwa ufahamu wetu, huu ni onyesho la kwanza la resonator ya pete ya LToI iliyounganishwa na mwongozo wa mawimbi. Ikumbukwe kwamba thamani ya kipengele cha Q tuliyofikia ni kubwa zaidi kuliko ile ya resonator za microdisk za LToI zilizounganishwa na nyuzi [9].
Hitimisho:Tulitengeneza mwongozo wa wimbi wa LToI wenye upotevu wa 0.28 dB/cm katika 1550 nm na kipengele cha Q cha resonator ya pete cha milioni 1.1. Utendaji uliopatikana unafanana na ule wa mwongozo wa wimbi wa LNoI wa hali ya juu wenye upotevu mdogo. Zaidi ya hayo, tulichunguza upotovu wa χ(3) wa mwongozo wa wimbi wa LToI uliotengenezwa kwa matumizi yasiyo ya mstari kwenye chipu.
Muda wa chapisho: Novemba-20-2024