Abstract:Namolavola 1550 nm insulator-based lithium tantalate waveguide miaraka amin'ny fahaverezan'ny 0.28 dB / cm ary ny kalitaon'ny peratra resonator amin'ny 1.1 tapitrisa. Nodinihina ny fampiharana ny χ(3) tsy mi-linear amin'ny fotonika tsy mi-linear. Ny tombony azo avy amin'ny lithium niobate amin'ny insulator (LNoI), izay mampiseho toetra tsara tsy misy linear χ(2) sy χ(3) miaraka amin'ny famehezana optika matanjaka noho ny rafitra "insulator-on", dia nitarika fandrosoana lehibe amin'ny teknolojia waveguide ho an'ny ultrafast. modulators sy photonics tsy an-tariby mitambatra [1-3]. Ho fanampin'ny LN, ny lithium tantalate (LT) dia nohadihadiana ihany koa ho fitaovana tsy misy fotony. Raha ampitahaina amin'ny LN, ny LT dia manana fetran'ny fahasimbana optika avo kokoa ary ny varavarankely mangarahara optique kokoa [4, 5], na dia mitovy amin'ny an'ny LN [6, 7] aza ny mari-pamantarana optika, toy ny mari-pamantarana refractive sy ny nonlinear coefficients. Noho izany, ny LToI dia miavaka amin'ny maha-fitaovana kandida matanjaka iray hafa ho an'ny fampiharana fotonika tsy an-tariby avo lenta. Ankoatr'izay, ny LToI dia lasa fitaovana voalohany ho an'ny fitaovana sivana onjam-peo (SAW), azo ampiharina amin'ny teknolojia finday sy tsy misy finday. Amin'ity toe-javatra ity, ny wafer LToI dia mety ho lasa fitaovana mahazatra kokoa ho an'ny fampiharana fotonika. Na izany aza, hatramin'izao, fitaovana photonic vitsivitsy mifototra amin'ny LToI ihany no notaterina, toy ny microdisk resonator [8] sy electro-optic phase shifters [9]. Ato amin'ity taratasy ity, dia manolotra onjam-peo LToI fatiantoka ambany sy ny fampiharana azy amin'ny resonator peratra. Fanampin'izany, manome ny χ(3) toetra tsy an-dalana amin'ny LToI waveguide izahay.
Hevi-dehibe:
• Manolotra wafers LToI 4-inch hatramin'ny 6-inch, wafers lithium tantalate film manify, miaraka amin'ny hatevin'ny sosona ambony manomboka amin'ny 100 nm ka hatramin'ny 1500 nm, mampiasa ny teknolojia an-trano sy ny dingana matotra.
• SINOI: Sarimihetsika manify nitride silisiôma very ambany.
• SICOI: Sobika vita amin'ny filma manify semi-insulating silisiôma karbida madio ho an'ny circuit integrated photonic silisiôma.
• LTOI: Mifaninana matanjaka amin'ny lithium niobate, film manify lithium tantalate wafers.
• LNOI: LNOI 8-inch manohana ny famokarana faobe ny vokatra lithium niobate sarimihetsika manify lehibe kokoa.
Fanamboarana amin'ny Insulator Waveguides:Tamin'ity fandalinana ity dia nampiasa wafer LToI 4-inch izahay. Ny sosona LT ambony dia substrate 42 ° mihodina Y-cut LT ho an'ny fitaovana SAW, izay mifamatotra mivantana amin'ny substrate Si miaraka amin'ny sosona oxide thermal 3 µm matevina, mampiasa fomba fanapahana hendry. Ny sary 1 (a) dia mampiseho ny fijery ambony momba ny wafer LToI, miaraka amin'ny hatevin'ny LT ambony 200 nm. Nanombantombana ny hamafin'ny ety ambonin'ny sosona LT izahay tamin'ny fampiasana microscopy atomika (AFM).
Sary 1.(a) Top fijery ny LToI wafer, (b) AFM sary amin'ny ambonin'ny ambony LT sosona, (c) PFM sary ambonin'ny ambony LT sosona, (d) Schematic cross-fizarana ny LToI waveguide, (e) Ny mombamomba ny fomba fiasa fototra TE, ary (f) ny sarin'ny SEM amin'ny fototry ny onjam-peo LToI alohan'ny fametrahana SiO2 overlayer. Araka ny aseho amin'ny sary 1 (b), ny hamafin'ny tany dia latsaky ny 1 nm, ary tsy misy tsipika misy scratches. Fanampin'izany, nodinihinay ny toetry ny polarization amin'ny sosona LT ambony amin'ny alàlan'ny microscopy force de response piezoelectric (PFM), araka ny aseho amin'ny sary 1 (c). Nanamafy izahay fa ny polarization fanamiana dia nohazonina na dia taorian'ny dingana famatorana.
Amin'ny fampiasana ity substrate LToI ity, dia nanamboatra ny onjam-peo toy izao manaraka izao izahay. Voalohany, nisy sosona saron-tava metaly napetraka ho an'ny etching maina ny LT. Avy eo, natao ny lithografie electron beam (EB) mba hamaritana ny lamina fototra waveguide eo an-tampon'ny saron-tava metaly. Avy eo, nafindranay tamin'ny saron-tava metaly tamin'ny alàlan'ny etching maina ny lamina manohitra ny EB. Taorian'izay, ny fototry ny onjam-peo LToI dia niforona tamin'ny alàlan'ny etching plasma electron cyclotron resonance (ECR). Farany, nesorina tamin'ny alalan'ny dingana mando ilay sosona saron-tava metaly, ary napetaka tamin'ny fampiasana etona simika nohatsaraina ny plasma. Ny sary 1 (d) dia mampiseho ny fizarana schematic amin'ny onjam-peo LToI. Ny totalin'ny haavo fototra, ny haavon'ny takelaka ary ny sakany fototra dia 200 nm, 100 nm, ary 1000 nm. Mariho fa ny sakan'ny fototra dia miitatra ho 3 µm eo amin'ny sisin'ny waveguide ho an'ny fibre optique coupling.
Ny sary 1 (e) dia mampiseho ny fizarana hamafin'ny optika kajy amin'ny fomba elektrika transverse fototra (TE) amin'ny 1550 nm. Ny sary 1 (f) dia mampiseho ny sarin'ny microscope electron scanning (SEM) amin'ny fototry ny onjam-peo LToI alohan'ny fametrahana ny overlayer SiO2.
Toetran'ny Waveguide:Nodinihinay aloha ny toetran'ny fahaverezana amin'ny alàlan'ny fampidirana hazavana TE-polarized avy amin'ny halavan'ny onjam-pamokarana 1550 nm izay nanamafy ny loharanom-pamokarana mandeha ho azy ao amin'ny LToI waveguides amin'ny halavany samihafa. Ny fahaverezan'ny fampielezam-peo dia azo avy amin'ny tehezan'ny fifandraisana misy eo amin'ny halavan'ny onjam-peo sy ny fifindrana isaky ny halavan'ny onjam-peo. Ny fatiantoka fampielezam-peo voarefy dia 0.32, 0.28, ary 0.26 dB/cm amin'ny 1530, 1550, ary 1570 nm, araka ny aseho amin'ny sary 2 (a). Ny onjam-pandrefesana LToI noforonina dia nampiseho fampisehoana ambany fatiantoka azo oharina amin'ny onjam-peo LNoI manara-penitra [10].
Manaraka izany, dia nanombantombana ny χ(3) tsy misy andalana amin'ny alàlan'ny fiovam-po amin'ny halavan'ny onjam vokatry ny dingan'ny fampifangaroana onja efatra. Ampidiro ny jiro paompy onja mitohy amin'ny 1550.0 nm ary jiro famantarana amin'ny 1550.6 nm ao anaty onjam-peo 12 mm. Araka ny aseho ao amin'ny sary 2 (b), dia nitombo ny hamafin'ny onjam-pahazavan'ny onjam-pahazavana (idler). Ny fampidirana ao amin'ny sary 2 (b) dia mampiseho ny spektrika famoahana mahazatra amin'ny fampifangaroana onja efatra. Avy amin'ny fifandraisana misy eo amin'ny hery fampidirana sy ny fahombiazan'ny fiovam-po, dia nanombatombana ny mari-pamantarana tsy mitongilana (γ) ho 11 W ^ -1m eo ho eo.
Sary 3.(a) Sarin'ny mikraoskaopy ny resonator peratra namboarina. (b) Fandefasana spectra ny resonator peratra miaraka amin'ny masontsivana banga isan-karazany. (c) Fandrefesana sy Lorentzian-fitaterana spektrum fampitana ny peratra resonator miaraka amin'ny elanelana 1000 nm.
Manaraka izany dia namorona resonator peratra LToI izahay ary nanombana ny toetrany. Ny sary 3 (a) dia mampiseho ny sary mikraoskaopy optika amin'ny resonator peratra vita. Ny resonator peratra dia manana endrika "hazakazaka", ahitana faritra miolikolika miaraka amin'ny radius 100 µm ary faritra mahitsy 100 µm ny halavany. Ny sakan'ny elanelana eo anelanelan'ny peratra sy ny fototry ny onjam-pitaterana fiara dia miovaova amin'ny fitomboana 200 nm, indrindra amin'ny 800, 1000, ary 1200 nm. Ny sary 3 (b) dia mampiseho ny spectra fifindran'ny elanelana tsirairay, izay manondro fa miova ny tahan'ny famongorana miaraka amin'ny haben'ny elanelana. Avy amin'ireo spectra ireo dia nanapa-kevitra izahay fa ny elanelana 1000 nm dia manome fepetra fampifangaroana saika manakiana, satria mampiseho ny tahan'ny famongorana avo indrindra amin'ny -26 dB.
Amin'ny fampiasana ny resonator mivaingana, dia nanombatombana ny kalitaon'ny kalitao (Q factor) izahay tamin'ny alàlan'ny fametahana ny spectrum fifindran'ny tsipika miaraka amin'ny curve Lorentzian, nahazo ny anton'ny Q anatiny amin'ny 1.1 tapitrisa, araka ny aseho amin'ny sary 3 (c). Raha ny fahafantaranay dia ity no fampisehoana voalohany ny resonator peratra LToI miaraka amin'ny waveguide. Marihina fa ny sandan'ny Q factor azonay dia ambony lavitra noho ny an'ny fibre-coupled LToI microdisk resonator [9].
Fehiny:Namolavola lozisialy LToI izahay miaraka amin'ny fahaverezan'ny 0.28 dB / cm amin'ny 1550 nm ary ny singa Q resonator amin'ny 1.1 tapitrisa. Ny fampisehoana azo dia azo ampitahaina amin'ny an'ny onjam-peo LNoI fatiantoka ambany. Fanampin'izany, nanadihady ny χ(3) tsy an-dalana amin'ny onjam-pandrefesana LToI novokarina ho an'ny fampiharana tsy an-tariby amin'ny chip.
Fotoana fandefasana: Nov-20-2024