ບົດຄັດຫຍໍ້:ພວກເຮົາໄດ້ພັດທະນາ 1550 nm insulator waveguide lithium tantalate ທີ່ມີການສູນເສຍ 0.28 dB/cm ແລະປັດໄຈຄຸນນະພາບ resonator ວົງຂອງ 1.1 ລ້ານ. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງ χ(3) nonlinearity ໃນ photonics nonlinear ໄດ້ຖືກສຶກສາ. ຂໍ້ໄດ້ປຽບຂອງ lithium niobate ກ່ຽວກັບ insulator (LNoI), ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນ χ(2) ແລະ χ(3) ຄຸນສົມບັດ nonlinear ທີ່ດີເລີດພ້ອມກັບການຈໍາກັດ optical ທີ່ເຂັ້ມແຂງເນື່ອງຈາກໂຄງສ້າງ "insulator-on" ຂອງຕົນ, ໄດ້ນໍາໄປສູ່ຄວາມກ້າວຫນ້າທີ່ສໍາຄັນໃນເຕັກໂນໂລຊີ waveguide ສໍາລັບ ultrafast. modulators ແລະປະສົມປະສານ nonlinear photonics [1-3]. ນອກເຫນືອໄປຈາກ LN, lithium tantalate (LT) ຍັງໄດ້ຖືກສືບສວນເປັນວັດສະດຸ photonic nonlinear. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ LN, LT ມີຂອບເຂດຄວາມເສຍຫາຍ optical ສູງກວ່າແລະປ່ອງຢ້ຽມຄວາມໂປ່ງໃສ optical ທີ່ກວ້າງກວ່າ [4, 5], ເຖິງແມ່ນວ່າຕົວກໍານົດການ optical ຂອງມັນ, ເຊັ່ນດັດຊະນີ refractive ແລະ coefficients nonlinear, ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບ LN [6, 7]. ດັ່ງນັ້ນ, LToI ຢືນອອກເປັນອຸປະກອນຜູ້ສະຫມັກທີ່ເຂັ້ມແຂງອີກອັນຫນຶ່ງສໍາລັບການນໍາໃຊ້ພະລັງງານ optical ສູງ nonlinear photonic. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, LToI ກາຍເປັນວັດສະດຸຕົ້ນຕໍສໍາລັບອຸປະກອນການກັ່ນຕອງຄື້ນສຽງ (SAW), ທີ່ໃຊ້ໃນເຕັກໂນໂລຢີມືຖືແລະໄຮ້ສາຍຄວາມໄວສູງ. ໃນສະພາບການນີ້, wafers LToI ອາດຈະກາຍເປັນວັດສະດຸທົ່ວໄປຫຼາຍສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ photonic. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ມາຮອດປັດຈຸບັນ, ມີພຽງແຕ່ອຸປະກອນ photonic ຈໍານວນຫນ້ອຍທີ່ອີງໃສ່ LToI, ເຊັ່ນ: microdisk resonators [8] ແລະ electro-optic phase shifters [9]. ໃນເອກະສານນີ້, ພວກເຮົາສະເຫນີຄູ່ມືຄື້ນ LToI ການສູນເສຍຕ່ໍາແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງມັນຢູ່ໃນ resonator ວົງ. ນອກຈາກນັ້ນ, ພວກເຮົາສະຫນອງລັກສະນະ nonlinear χ(3) ຂອງ LToI waveguide.
ຈຸດສໍາຄັນ:
•ສະເຫນີ wafers LToI ຂະຫນາດ 4 ນິ້ວຫາ 6 ນິ້ວ, wafers lithium tantalate ຟິມບາງ, ທີ່ມີຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນເທິງຕັ້ງແຕ່ 100 nm ຫາ 1500 nm, ນໍາໃຊ້ເຕັກໂນໂລຢີພາຍໃນແລະຂະບວນການແກ່.
• SINOI: ແຜ່ນບາງແຜ່ນ silicon nitride ສູນເສຍຕໍ່າສຸດ.
• SICOI: ຄວາມບໍລິສຸດສູງ semi-insulating silicon carbide ແຜ່ນຍ່ອຍບາງໆສໍາລັບວົງຈອນປະສົມປະສານ silicon carbide photonic.
• LTOI: ເປັນຄູ່ແຂ່ງທີ່ເຂັ້ມແຂງກັບ lithium niobate, ແຜ່ນບາງໆ lithium tantalate wafers.
• LNOI: LNOI ຂະໜາດ 8 ນິ້ວ ຮອງຮັບການຜະລິດຂະໜາດໃຫຍ່ຂອງຜະລິດຕະພັນ lithium niobate ແຜ່ນບາງຂະໜາດໃຫຍ່ກວ່າ.
ການຜະລິດໃນ Insulator Waveguides:ໃນການສຶກສານີ້, ພວກເຮົາໄດ້ນໍາໃຊ້ wafers LToI 4 ນິ້ວ. ຊັ້ນ LT ເທິງສຸດແມ່ນເປັນຊັ້ນຍ່ອຍ Y-cut LT ໝູນວຽນ 42° ທາງດ້ານການຄ້າສໍາລັບອຸປະກອນ SAW, ເຊິ່ງຖືກຜູກມັດໂດຍກົງກັບຊັ້ນຍ່ອຍ Si ທີ່ມີຊັ້ນຜຸພັງຄວາມຮ້ອນທີ່ມີຄວາມຫນາ 3 µm, ນຳໃຊ້ຂະບວນການຕັດອັດສະລິຍະ. ຮູບ 1(a) ສະແດງໃຫ້ເຫັນມຸມເບິ່ງດ້ານເທິງຂອງ LToI wafer, ທີ່ມີຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນ LT ເທິງຂອງ 200 nm. ພວກເຮົາໄດ້ປະເມີນຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວຂອງຊັ້ນ LT ເທິງໂດຍໃຊ້ກ້ອງຈຸລະທັດຜົນບັງຄັບໃຊ້ປະລໍາມະນູ (AFM).
ຮູບທີ 1.(a) ມຸມເບິ່ງເທິງຂອງ LToI wafer, (b) ຮູບພາບ AFM ຂອງພື້ນຜິວຂອງຊັ້ນ LT ເທິງ, (c) ຮູບພາບ PFM ຂອງພື້ນຜິວຂອງຊັ້ນ LT ເທິງ, (d) Schematic cross-section ຂອງ waveguide LToI, (e) ການຄິດໄລ່ພື້ນຖານໂປຣໄຟລ໌ TE mode, ແລະ (f) ຮູບພາບ SEM ຂອງຫຼັກ waveguide LToI ກ່ອນການວາງທັບຊ້ອນ SiO2. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1 (b), ຄວາມຫຍາບຂອງຫນ້າດິນແມ່ນຫນ້ອຍກວ່າ 1 nm, ແລະບໍ່ມີເສັ້ນຮອຍຂີດຂ່ວນໃດໆ. ນອກຈາກນັ້ນ, ພວກເຮົາໄດ້ກວດເບິ່ງສະຖານະ polarization ຂອງຊັ້ນເທິງ LT ໂດຍໃຊ້ກ້ອງຈຸລະທັດຜົນບັງຄັບໃຊ້ piezoelectric response (PFM), ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1 (c). ພວກເຮົາໄດ້ຢືນຢັນວ່າ Polarization ເປັນເອກະພາບໄດ້ຮັບການຮັກສາໄວ້ເຖິງແມ່ນວ່າຫຼັງຈາກຂະບວນການການເຊື່ອມຕໍ່.
ການນໍາໃຊ້ substrate LToI ນີ້, ພວກເຮົາ fabricated waveguide ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້. ຫນ້າທໍາອິດ, ຊັ້ນຫນ້າກາກໂລຫະໄດ້ຖືກຝາກໄວ້ສໍາລັບການ etching ແຫ້ງຕໍ່ມາຂອງ LT. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, lithography beam ເອເລັກໂຕຣນິກ (EB) ໄດ້ຖືກປະຕິບັດເພື່ອກໍານົດຮູບແບບຫຼັກ waveguide ຢູ່ດ້ານເທິງຂອງຊັ້ນຫນ້າກາກໂລຫະ. ຕໍ່ໄປ, ພວກເຮົາໂອນຮູບແບບການຕ້ານທານ EB ກັບຊັ້ນຫນ້າກາກໂລຫະໂດຍຜ່ານການ etching ແຫ້ງ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ແກນນໍາທາງຄື້ນ LToI ໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍໃຊ້ electron cyclotron resonance (ECR) plasma etching. ສຸດທ້າຍ, ຊັ້ນຫນ້າກາກໂລຫະໄດ້ຖືກໂຍກຍ້າຍອອກໂດຍຜ່ານຂະບວນການປຽກ, ແລະຊັ້ນຊ້ອນ SiO2 ໄດ້ຖືກຝາກໄວ້ໂດຍໃຊ້ plasma-enhanced vapor deposition ສານເຄມີ. ຮູບທີ 1 (d) ສະແດງໃຫ້ເຫັນ schematic cross-section ຂອງ waveguide LToI. ຄວາມສູງຂອງຫຼັກທັງໝົດ, ຄວາມສູງຂອງແຜ່ນ, ແລະຄວາມກວ້າງຫຼັກແມ່ນ 200 nm, 100 nm, ແລະ 1000 nm, ຕາມລໍາດັບ. ໃຫ້ສັງເກດວ່າຄວາມກວ້າງຂອງຫຼັກຂະຫຍາຍເປັນ 3 µm ຢູ່ຂອບ waveguide ສໍາລັບການເຊື່ອມໃຍແກ້ວນໍາແສງ.
ຮູບທີ 1 (e) ສະແດງການກະຈາຍຄວາມເຂັ້ມຂອງ optical ທີ່ຄິດໄລ່ຂອງຮູບແບບໄຟຟ້າທາງຂວາງພື້ນຖານ (TE) ທີ່ 1550 nm. ຮູບທີ 1 (f) ສະແດງໃຫ້ເຫັນຮູບພາບກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນິກ scanning (SEM) ຂອງແກນ waveguide LToI ກ່ອນການຕົກຄ້າງຂອງ SiO2 overlayer.
ຄຸນລັກສະນະ Waveguide:ພວກເຮົາທໍາອິດປະເມີນຄຸນລັກສະນະການສູນເສຍເສັ້ນໂດຍການໃສ່ແສງ TE-polarized ຈາກແຫຼ່ງການປ່ອຍອາຍພິດທີ່ມີຄວາມຍາວ 1550 nm ຂະຫຍາຍໄປສູ່ LToI waveguides ທີ່ມີຄວາມຍາວແຕກຕ່າງກັນ. ການສູນເສຍການຂະຫຍາຍພັນແມ່ນໄດ້ຮັບຈາກຄວາມຊັນຂອງຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງຄວາມຍາວຂອງ waveguide ແລະການສົ່ງຕໍ່ໃນແຕ່ລະ wavelength. ການສູນເສຍການຂະຫຍາຍພັນທີ່ວັດແທກໄດ້ແມ່ນ 0.32, 0.28, ແລະ 0.26 dB/cm ທີ່ 1530, 1550, ແລະ 1570 nm, ຕາມລໍາດັບ, ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບ 2 (a). ເຄື່ອງນຳທາງຄື້ນ LToI ທີ່ປະດິດສ້າງໄດ້ສະແດງເຖິງປະສິດທິພາບການສູນເສຍຕ່ຳທີ່ປຽບທຽບໄດ້ກັບເຄື່ອງນຳທາງຄື້ນ LNoI ທີ່ທັນສະໄໝ [10].
ຕໍ່ໄປ, ພວກເຮົາໄດ້ປະເມີນ χ(3) nonlinearity ໂດຍຜ່ານການແປງ wavelength ທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍຂະບວນການປະສົມສີ່ຄື້ນ. ພວກເຮົາໃສ່ໄຟປັ໊ມຄື້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຢູ່ທີ່ 1550.0 nm ແລະໄຟສັນຍານທີ່ 1550.6 nm ເຂົ້າໄປໃນເຄື່ອງນໍາທາງຍາວ 12 ມມ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2 (b), ຄວາມເຂັ້ມຂອງສັນຍານແສງໄລຍະ-conjugate (idler) ເພີ່ມຂຶ້ນດ້ວຍການເພີ່ມພະລັງງານປ້ອນຂໍ້ມູນ. inset ໃນຮູບ 2 (b) ສະແດງໃຫ້ເຫັນ spectrum ຜົນຜະລິດປົກກະຕິຂອງການປະສົມສີ່ຄື້ນ. ຈາກຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງພະລັງງານປ້ອນເຂົ້າ ແລະ ປະສິດທິພາບການແປງ, ພວກເຮົາຄາດຄະເນຄ່າພາລາມິເຕີທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນຊື່ (γ) ປະມານ 11 W^-1m.
ຮູບ 3.(a) ຮູບພາບກ້ອງຈຸລະທັດຂອງ resonator ວົງ fabricated. (b) ການສົ່ງສັນຍານຂອງ resonator ວົງກັບຕົວກໍານົດການຊ່ອງຫວ່າງຕ່າງໆ. (c) ການວັດແທກແລະລະບົບສາຍສົ່ງທີ່ສອດຄ່ອງກັບ Lorentzian ຂອງ resonator ວົງທີ່ມີຊ່ອງຫວ່າງຂອງ 1000 nm.
ຕໍ່ໄປ, ພວກເຮົາຜະລິດເຄື່ອງສະທ້ອນວົງແຫວນ LToI ແລະປະເມີນຄຸນລັກສະນະຂອງມັນ. ຮູບທີ 3 (ກ) ສະແດງໃຫ້ເຫັນພາບກ້ອງຈຸລະທັດທາງແສງຂອງ resonator ວົງ fabricated. The ring resonator features a "racetrack" ການຕັ້ງຄ່າ, ປະກອບດ້ວຍພາກພື້ນໂຄ້ງທີ່ມີ radius ຂອງ 100 µm ແລະພາກພື້ນຊື່ຂອງຄວາມຍາວ 100 µm. ຄວາມກວ້າງຂອງຊ່ອງຫວ່າງລະຫວ່າງວົງແຫວນແລະຫຼັກ waveguide ລົດເມແຕກຕ່າງກັນໃນການເພີ່ມຂຶ້ນ 200 nm, ໂດຍສະເພາະຢູ່ທີ່ 800, 1000, ແລະ 1200 nm. ຮູບ 3 (b) ສະແດງ spectra ການສົ່ງຕໍ່ສໍາລັບແຕ່ລະຊ່ອງຫວ່າງ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າອັດຕາສ່ວນການສູນພັນມີການປ່ຽນແປງກັບຂະຫນາດຊ່ອງຫວ່າງ. ຈາກ spectra ເຫຼົ່ານີ້, ພວກເຮົາໄດ້ກໍານົດວ່າຊ່ອງຫວ່າງ 1000 nm ສະຫນອງເງື່ອນໄຂການສົມທົບທີ່ມີຄວາມສໍາຄັນເກືອບ, ຍ້ອນວ່າມັນສະແດງອັດຕາສ່ວນການສູນພັນສູງສຸດ -26 dB.
ການນໍາໃຊ້ resonator ປະສົມປະສານທີ່ສໍາຄັນ, ພວກເຮົາຄາດຄະເນປັດໄຈຄຸນນະພາບ (Q factor) ໂດຍ fitting spectrum ສາຍສົ່ງເສັ້ນທີ່ມີເສັ້ນໂຄ້ງ Lorentzian, ໄດ້ຮັບປັດໄຈ Q ພາຍໃນຂອງ 1.1 ລ້ານ, ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບ 3 (c). ເພື່ອຄວາມຮູ້ຂອງພວກເຮົາ, ນີ້ແມ່ນການສາທິດຄັ້ງທໍາອິດຂອງ resonator ວົງແຫວນ LToI ຄູ່ກັບ waveguide. ໂດຍສະເພາະແມ່ນ, ມູນຄ່າປັດໄຈ Q ທີ່ພວກເຮົາບັນລຸໄດ້ແມ່ນສູງກວ່າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຂອງ LToI microdisk resonators [9].
ສະຫຼຸບ:ພວກເຮົາໄດ້ພັດທະນາເປັນ waveguide LToI ທີ່ມີການສູນເສຍ 0.28 dB/cm ທີ່ 1550 nm ແລະປັດໄຈ resonator ວົງຂອງ 1.1 ລ້ານ. ການປະຕິບັດທີ່ໄດ້ຮັບແມ່ນທຽບກັບຂອງ waveguides LNoI ທີ່ສູນເສຍຕ່ໍາທີ່ທັນສະໄຫມ. ນອກຈາກນັ້ນ, ພວກເຮົາໄດ້ສືບສວນ χ(3) nonlinearity ຂອງ waveguide LToI ທີ່ຜະລິດສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ບໍ່ແມ່ນ linear on-chip.
ເວລາປະກາດ: 20-11-2024