ບົດຄັດຫຍໍ້:ພວກເຮົາໄດ້ພັດທະນາທໍ່ນຳຄື້ນ lithium tantalate ທີ່ອີງໃສ່ insulator ຂະໜາດ 1550 nm ທີ່ມີການສູນເສຍ 0.28 dB/cm2 ແລະຕົວຄູນຄຸນນະພາບຂອງ ring resonator 1.1 ລ້ານ. ການນຳໃຊ້ χ(3) ທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນໃນໂຟໂຕນິກທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນໄດ້ຖືກສຶກສາແລ້ວ. ຂໍ້ດີຂອງ lithium niobate ໃນ insulator (LNoI), ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນຄຸນສົມບັດທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນ χ(2) ແລະ χ(3) ທີ່ດີເລີດພ້ອມກັບການຈຳກັດທາງ optical ທີ່ເຂັ້ມແຂງເນື່ອງຈາກໂຄງສ້າງ "insulator-on", ໄດ້ນຳໄປສູ່ຄວາມກ້າວໜ້າທີ່ສຳຄັນໃນເຕັກໂນໂລຊີທໍ່ນຳຄື້ນສຳລັບ modulators ໄວຫຼາຍ ແລະ ໂຟໂຕນິກທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນປະສົມປະສານ [1-3]. ນອກເໜືອໄປຈາກ LN, lithium tantalate (LT) ຍັງໄດ້ຖືກສືບສວນເປັນວັດສະດຸໂຟໂຕນິກທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ LN, LT ມີຂອບເຂດຄວາມເສຍຫາຍທາງ optical ທີ່ສູງກວ່າ ແລະ ໜ້າຕ່າງຄວາມໂປ່ງໃສທາງ optical ທີ່ກວ້າງກວ່າ [4, 5], ເຖິງແມ່ນວ່າພາລາມິເຕີທາງ optical ຂອງມັນ, ເຊັ່ນ: ດັດຊະນີການຫັກເຫ ແລະ ສຳປະສິດທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນ, ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບ LN [6, 7]. ດັ່ງນັ້ນ, LToI ຈຶ່ງໂດດເດັ່ນເປັນວັດສະດຸທີ່ເຂັ້ມແຂງອີກອັນໜຶ່ງສຳລັບການນຳໃຊ້ໂຟໂຕນິກທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນຊື່ທີ່ມີພະລັງງານແສງສູງ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, LToI ກຳລັງກາຍເປັນວັດສະດຸຫຼັກສຳລັບອຸປະກອນຕົວກອງຄື້ນສຽງພື້ນຜິວ (SAW), ເຊິ່ງສາມາດນຳໃຊ້ໄດ້ໃນເຕັກໂນໂລຊີມືຖື ແລະ ໄຮ້ສາຍຄວາມໄວສູງ. ໃນສະພາບການນີ້, ເວເຟີ LToI ອາດຈະກາຍເປັນວັດສະດຸທົ່ວໄປຫຼາຍຂຶ້ນສຳລັບການນຳໃຊ້ໂຟໂຕນິກ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ມາຮອດປະຈຸບັນ, ມີພຽງອຸປະກອນໂຟໂຕນິກຈຳນວນໜຶ່ງທີ່ອີງໃສ່ LToI ເທົ່ານັ້ນທີ່ໄດ້ລາຍງານ, ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງສະທ້ອນແສງໄມໂຄຣດິດ [8] ແລະ ເຄື່ອງປ່ຽນໄລຍະໄຟຟ້າ-ແສງ [9]. ໃນເອກະສານນີ້, ພວກເຮົານຳສະເໜີທໍ່ນຳຄື້ນ LToI ທີ່ມີການສູນເສຍຕ່ຳ ແລະ ການນຳໃຊ້ຂອງມັນໃນເຄື່ອງສະທ້ອນແສງວົງແຫວນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ພວກເຮົາຍັງໃຫ້ຄຸນລັກສະນະ χ(3) ທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນຊື່ຂອງທໍ່ນຳຄື້ນ LToI.
ຈຸດສຳຄັນ:
• ສະເໜີເວເຟີ LToI ຂະໜາດ 4 ນິ້ວ ຫາ 6 ນິ້ວ, ເວເຟີ lithium tantalate ແບບຟິມບາງ, ມີຄວາມໜາຂອງຊັ້ນເທິງຕັ້ງແຕ່ 100 nm ຫາ 1500 nm, ໂດຍນຳໃຊ້ເຕັກໂນໂລຢີພາຍໃນປະເທດ ແລະ ຂະບວນການທີ່ພັດທະນາແລ້ວ.
• SINOI: ເວເຟີຟິມບາງຊິລິໂຄນໄນໄຕຣດທີ່ມີການສູນເສຍຕໍ່າຫຼາຍ.
• SICOI: ຊັ້ນຟິມບາງຊິລິກອນຄາໄບດ໌ທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງສຳລັບວົງຈອນລວມໂຟໂຕນິກຊິລິກອນຄາໄບດ໌.
• LTOI: ຄູ່ແຂ່ງທີ່ເຂັ້ມແຂງກັບ lithium niobate, ເວເຟີ lithium tantalate ແບບຟິມບາງ.
• LNOI: LNOI ຂະໜາດ 8 ນິ້ວ ຮອງຮັບການຜະລິດຜະລິດຕະພັນ lithium niobate ແບບຟິມບາງຂະໜາດໃຫຍ່.
ການຜະລິດໃນທໍ່ນຳຄື້ນສນວນ:ໃນການສຶກສາຄັ້ງນີ້, ພວກເຮົາໄດ້ໃຊ້ແຜ່ນເວເຟີ LToI ຂະໜາດ 4 ນິ້ວ. ຊັ້ນ LT ດ້ານເທິງແມ່ນຊັ້ນຮອງພື້ນ LT ແບບຕັດດ້ວຍຕົວ Y ທີ່ມີມຸມໝຸນ 42° ສຳລັບອຸປະກອນ SAW, ເຊິ່ງຖືກຜູກມັດໂດຍກົງກັບຊັ້ນຮອງພື້ນ Si ທີ່ມີຊັ້ນອົກໄຊຄວາມຮ້ອນໜາ 3 µm, ໂດຍໃຊ້ຂະບວນການຕັດທີ່ສະຫຼາດ. ຮູບທີ 1(a) ສະແດງໃຫ້ເຫັນມຸມເບິ່ງດ້ານເທິງຂອງແຜ່ນເວເຟີ LToI, ທີ່ມີຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ LT ດ້ານເທິງ 200 nm. ພວກເຮົາໄດ້ປະເມີນຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວຂອງຊັ້ນ LT ດ້ານເທິງໂດຍໃຊ້ກ້ອງຈຸລະທັດແຮງປະລໍາມະນູ (AFM).
ຮູບທີ 1.(ກ) ມຸມມອງດ້ານເທິງຂອງແຜ່ນ LToI, (ຂ) ຮູບພາບ AFM ຂອງໜ້າຜິວຂອງຊັ້ນ LT ເທິງສຸດ, (ຄ) ຮູບພາບ PFM ຂອງໜ້າຜິວຂອງຊັ້ນ LT ເທິງສຸດ, (ງ) ແຜນວາດຕັດຂວາງຂອງທໍ່ນຳຄື້ນ LToI, (ຈ) ໂປຣໄຟລ໌ໂໝດ TE ພື້ນຖານທີ່ຄຳນວນໄດ້, ແລະ (ສ) ຮູບພາບ SEM ຂອງແກນທໍ່ນຳຄື້ນ LToI ກ່ອນການວາງຊັ້ນ SiO2. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1 (ຂ), ຄວາມຫຍາບຂອງໜ້າຜິວໜ້ອຍກວ່າ 1 nm, ແລະບໍ່ມີເສັ້ນຮອຍຂີດຂ່ວນຖືກສັງເກດເຫັນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ພວກເຮົາໄດ້ກວດສອບສະຖານະການໂພລາໄຣເຊຊັນຂອງຊັ້ນ LT ເທິງສຸດໂດຍໃຊ້ກ້ອງຈຸລະທັດແຮງຕອບສະໜອງ piezoelectric (PFM), ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1 (ຄ). ພວກເຮົາຢືນຢັນວ່າໂພລາໄຣເຊຊັນທີ່ເປັນເອກະພາບຍັງຄົງຢູ່ເຖິງແມ່ນວ່າຫຼັງຈາກຂະບວນການຜູກມັດ.
ໂດຍການໃຊ້ຊັ້ນຮອງພື້ນ LToI ນີ້, ພວກເຮົາໄດ້ຜະລິດຄື້ນນຳທາງດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້. ກ່ອນອື່ນໝົດ, ຊັ້ນໜ້າກາກໂລຫະໄດ້ຖືກຝາກໄວ້ສຳລັບການແກະສະຫຼັກແຫ້ງຂອງ LT ຕໍ່ມາ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ການພິມດ້ວຍລຳແສງເອເລັກຕຣອນ (EB) ໄດ້ຖືກປະຕິບັດເພື່ອກຳນົດຮູບແບບແກນຄື້ນນຳທາງຢູ່ເທິງຊັ້ນໜ້າກາກໂລຫະ. ຕໍ່ໄປ, ພວກເຮົາໄດ້ໂອນຮູບແບບຕ້ານທານ EB ໄປຫາຊັ້ນໜ້າກາກໂລຫະຜ່ານການແກະສະຫຼັກແຫ້ງ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ແກນຄື້ນນຳທາງ LToI ໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍໃຊ້ການແກະສະຫຼັກ plasma ດ້ວຍເອເລັກຕຣອນ cyclotron resonance (ECR). ສຸດທ້າຍ, ຊັ້ນໜ້າກາກໂລຫະໄດ້ຖືກກຳຈັດອອກຜ່ານຂະບວນການປຽກ, ແລະຊັ້ນເທິງ SiO2 ໄດ້ຖືກຝາກໄວ້ໂດຍໃຊ້ການວາງໄອເຄມີທີ່ເສີມດ້ວຍ plasma. ຮູບທີ 1 (d) ສະແດງໃຫ້ເຫັນພາກຕັດຂວາງຂອງຄື້ນນຳທາງ LToI. ຄວາມສູງແກນທັງໝົດ, ຄວາມສູງຂອງແຜ່ນ, ແລະຄວາມກວ້າງແກນແມ່ນ 200 nm, 100 nm, ແລະ 1000 nm, ຕາມລຳດັບ. ໃຫ້ສັງເກດວ່າຄວາມກວ້າງແກນຂະຫຍາຍເປັນ 3 µm ຢູ່ທີ່ຂອບຄື້ນນຳທາງສຳລັບການເຊື່ອມຕໍ່ເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ.
ຮູບທີ 1 (e) ສະແດງໃຫ້ເຫັນການແຈກຢາຍຄວາມເຂັ້ມແສງທີ່ຄິດໄລ່ໄດ້ຂອງໂໝດໄຟຟ້າຕາມລວງນອນພື້ນຖານ (TE) ທີ່ 1550 nm. ຮູບທີ 1 (f) ສະແດງໃຫ້ເຫັນຮູບພາບກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກຕຣອນສະແກນ (SEM) ຂອງແກນນຳຄື້ນ LToI ກ່ອນການວາງຊັ້ນ SiO2.
ຄຸນລັກສະນະຂອງຄື້ນນຳທາງ:ພວກເຮົາໄດ້ປະເມີນລັກສະນະການສູນເສຍເສັ້ນຊື່ໂດຍການປ້ອນແສງທີ່ມີຂົ້ວ TE ຈາກແຫຼ່ງການປ່ອຍແສງທີ່ມີຄວາມຍາວຄື້ນ 1550 nm ເຂົ້າໄປໃນທໍ່ນຳຄື້ນ LToI ທີ່ມີຄວາມຍາວແຕກຕ່າງກັນ. ການສູນເສຍການແຜ່ກະຈາຍໄດ້ມາຈາກຄວາມຊັນຂອງຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງຄວາມຍາວທໍ່ນຳຄື້ນ ແລະ ການສົ່ງຜ່ານໃນແຕ່ລະຄື້ນ. ການສູນເສຍການແຜ່ກະຈາຍທີ່ວັດແທກໄດ້ແມ່ນ 0.32, 0.28, ແລະ 0.26 dB/cm ທີ່ 1530, 1550, ແລະ 1570 nm ຕາມລຳດັບ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2 (a). ທໍ່ນຳຄື້ນ LToI ທີ່ຜະລິດໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນປະສິດທິພາບການສູນເສຍຕ່ຳທີ່ທຽບເທົ່າກັບທໍ່ນຳຄື້ນ LNoI ທີ່ທັນສະໄໝ [10].
ຕໍ່ໄປ, ພວກເຮົາໄດ້ປະເມີນຄວາມບໍ່ເປັນເສັ້ນຊື່ χ(3) ຜ່ານການປ່ຽນຄວາມຍາວຄື້ນທີ່ເກີດຈາກຂະບວນການປະສົມຄື້ນສີ່ຄື້ນ. ພວກເຮົາໄດ້ປ້ອນແສງປໍ້າຄື້ນຕໍ່ເນື່ອງທີ່ 1550.0 nm ແລະແສງສັນຍານທີ່ 1550.6 nm ເຂົ້າໄປໃນທໍ່ນຳຄື້ນຍາວ 12 ມມ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2 (b), ຄວາມເຂັ້ມຂອງສັນຍານຄື້ນແສງເຟສຄອນຈູເກດ (ໄອເດີ) ເພີ່ມຂຶ້ນຕາມພະລັງງານປ້ອນເຂົ້າທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ. ຮູບແຊກໃນຮູບທີ 2 (b) ສະແດງໃຫ້ເຫັນສະເປກຕຣຳຜົນຜະລິດທົ່ວໄປຂອງການປະສົມຄື້ນສີ່ຄື້ນ. ຈາກຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງພະລັງງານປ້ອນເຂົ້າ ແລະ ປະສິດທິພາບການປ່ຽນແປງ, ພວກເຮົາໄດ້ຄາດຄະເນພາລາມິເຕີທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນຊື່ (γ) ປະມານ 11 W^-1m.
ຮູບທີ 3.(ກ) ຮູບພາບກ້ອງຈຸລະທັດຂອງເຄື່ອງສະທ້ອນແສງວົງແຫວນທີ່ປະດິດຂຶ້ນ. (ຂ) ສະເປກຕຣຳການສົ່ງສັນຍານຂອງເຄື່ອງສະທ້ອນແສງວົງແຫວນທີ່ມີພາລາມິເຕີຊ່ອງຫວ່າງຕ່າງໆ. (ຄ) ສະເປກຕຣຳການສົ່ງສັນຍານທີ່ວັດແທກ ແລະ ຕິດຕັ້ງໂດຍ Lorentzian ຂອງເຄື່ອງສະທ້ອນແສງວົງແຫວນທີ່ມີຊ່ອງຫວ່າງ 1000 nm.
ຕໍ່ໄປ, ພວກເຮົາໄດ້ຜະລິດເຄື່ອງສະທ້ອນແສງວົງແຫວນ LToI ແລະປະເມີນລັກສະນະຂອງມັນ. ຮູບທີ 3 (ກ) ສະແດງຮູບພາບກ້ອງຈຸລະທັດທາງແສງຂອງເຄື່ອງສະທ້ອນແສງວົງແຫວນທີ່ຜະລິດ. ເຄື່ອງສະທ້ອນແສງວົງແຫວນມີລັກສະນະການຕັ້ງຄ່າ "ສະໜາມແຂ່ງ", ປະກອບດ້ວຍພື້ນທີ່ໂຄ້ງທີ່ມີລັດສະໝີ 100 µm ແລະພື້ນທີ່ຊື່ຍາວ 100 µm. ຄວາມກວ້າງຂອງຊ່ອງຫວ່າງລະຫວ່າງວົງແຫວນ ແລະແກນນຳຄື້ນລົດເມແຕກຕ່າງກັນໄປໃນແຕ່ລະຄັ້ງ 200 nm, ໂດຍສະເພາະທີ່ 800, 1000, ແລະ 1200 nm. ຮູບທີ 3 (ຂ) ສະແດງສະເປກຕຣຳການສົ່ງສັນຍານສຳລັບແຕ່ລະຊ່ອງຫວ່າງ, ຊີ້ບອກວ່າອັດຕາສ່ວນການສູນເສຍຈະປ່ຽນແປງໄປຕາມຂະໜາດຂອງຊ່ອງຫວ່າງ. ຈາກສະເປກຕຣຳເຫຼົ່ານີ້, ພວກເຮົາໄດ້ກຳນົດວ່າຊ່ອງຫວ່າງ 1000 nm ໃຫ້ເງື່ອນໄຂການເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ເກືອບສຳຄັນ, ຍ້ອນວ່າມັນສະແດງໃຫ້ເຫັນອັດຕາສ່ວນການສູນເສຍສູງສຸດຂອງ -26 dB.
ໂດຍການໃຊ້ຕົວສະທ້ອນສັນຍານທີ່ມີການເຊື່ອມຕໍ່ວິກິດ, ພວກເຮົາໄດ້ປະເມີນປັດໄຈຄຸນນະພາບ (ປັດໄຈ Q) ໂດຍການປັບສະເປກຕຣຳການສົ່ງສັນຍານເສັ້ນຊື່ໃຫ້ເໝາະສົມກັບເສັ້ນໂຄ້ງ Lorentzian, ໂດຍໄດ້ຮັບປັດໄຈ Q ພາຍໃນ 1.1 ລ້ານ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 3 (c). ຕາມຄວາມຮູ້ຂອງພວກເຮົາ, ນີ້ແມ່ນການສາທິດຄັ້ງທຳອິດຂອງຕົວສະທ້ອນສັນຍານວົງແຫວນ LToI ທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບຄື້ນນຳທາງ. ສິ່ງທີ່ໜ້າສັງເກດແມ່ນຄ່າປັດໄຈ Q ທີ່ພວກເຮົາບັນລຸໄດ້ແມ່ນສູງກວ່າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍກ່ວາຕົວສະທ້ອນສັນຍານ microdisk LToI ທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບເສັ້ນໄຍ [9].
ສະຫຼຸບ:ພວກເຮົາໄດ້ພັດທະນາຄື້ນນຳທາງ LToI ທີ່ມີການສູນເສຍ 0.28 dB/cm2 ທີ່ 1550 nm ແລະຕົວສະທ້ອນສຽງວົງແຫວນ Q factor 1.1 ລ້ານ. ປະສິດທິພາບທີ່ໄດ້ຮັບແມ່ນທຽບເທົ່າກັບຄື້ນນຳທາງ LNoI ທີ່ມີການສູນເສຍຕ່ຳທີ່ທັນສະໄໝ. ນອກຈາກນັ້ນ, ພວກເຮົາໄດ້ສືບສວນຄວາມບໍ່ເປັນເສັ້ນຊື່ χ(3) ຂອງຄື້ນນຳທາງ LToI ທີ່ຜະລິດສຳລັບການນຳໃຊ້ທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນຊື່ໃນຊິບ.
ເວລາໂພສ: ວັນທີ 20 ພະຈິກ 2024