गोषवारा:आम्ही 0.28 dB/cm च्या नुकसानासह 1550 nm इन्सुलेटर-आधारित लिथियम टँटालेट वेव्हगाइड विकसित केले आहे आणि 1.1 दशलक्ष रिंग रेझोनेटर गुणवत्ता घटक आहे. नॉनलाइनर फोटोनिक्समध्ये χ(3) नॉनलाइनरिटीचा अभ्यास केला गेला आहे. लिथियम नायोबेट ऑन इन्सुलेटर (LNoI) चे फायदे, जे उत्कृष्ट χ(2) आणि χ(3) नॉनलाइनर गुणधर्म प्रदर्शित करते आणि त्याच्या "इन्सुलेटर-ऑन" संरचनेमुळे मजबूत ऑप्टिकल बंदिस्ततेमुळे, अल्ट्राफास्टसाठी वेव्हगाइड तंत्रज्ञानामध्ये लक्षणीय प्रगती झाली आहे. मॉड्युलेटर आणि इंटिग्रेटेड नॉनलाइनर फोटोनिक्स [१-३]. एलएन व्यतिरिक्त, लिथियम टँटालेट (एलटी) देखील नॉनलाइनर फोटोनिक सामग्री म्हणून तपासले गेले आहे. LN च्या तुलनेत, LT मध्ये उच्च ऑप्टिकल नुकसान थ्रेशोल्ड आणि एक विस्तृत ऑप्टिकल पारदर्शकता विंडो [4, 5] आहे, जरी त्याचे ऑप्टिकल पॅरामीटर्स, जसे की अपवर्तक निर्देशांक आणि नॉनलाइनर गुणांक, LN [6, 7] सारखेच आहेत. अशाप्रकारे, LToI उच्च ऑप्टिकल पॉवर नॉनलाइनर फोटोनिक ऍप्लिकेशन्ससाठी आणखी एक मजबूत उमेदवार सामग्री म्हणून उभे आहे. शिवाय, हाय-स्पीड मोबाइल आणि वायरलेस तंत्रज्ञानामध्ये लागू असलेल्या सरफेस अकौस्टिक वेव्ह (SAW) फिल्टर उपकरणांसाठी LToI प्राथमिक सामग्री बनत आहे. या संदर्भात, LToI वेफर्स फोटोनिक ऍप्लिकेशन्ससाठी अधिक सामान्य सामग्री बनू शकतात. तथापि, आजपर्यंत, LToI वर आधारित फक्त काही फोटोनिक उपकरणे नोंदवली गेली आहेत, जसे की मायक्रोडिस्क रेझोनेटर [८] आणि इलेक्ट्रो-ऑप्टिक फेज शिफ्टर्स [९]. या पेपरमध्ये, आम्ही कमी-नुकसान LToI वेव्हगाइड आणि त्याचा वापर रिंग रेझोनेटरमध्ये सादर करतो. याव्यतिरिक्त, आम्ही LToI वेव्हगाइडची χ(3) नॉनलाइनर वैशिष्ट्ये प्रदान करतो.
महत्त्वाचे मुद्दे:
• 4-इंच ते 6-इंच LToI वेफर्स, पातळ-फिल्म लिथियम टँटालेट वेफर्स, 100 nm ते 1500 nm पर्यंत जाडीसह, घरगुती तंत्रज्ञान आणि परिपक्व प्रक्रियांचा वापर करून.
• SINOI: अल्ट्रा-लो लॉस सिलिकॉन नायट्राइड पातळ-फिल्म वेफर्स.
• SICOI: सिलिकॉन कार्बाइड फोटोनिक इंटिग्रेटेड सर्किट्ससाठी उच्च-शुद्धता अर्ध-इन्सुलेटिंग सिलिकॉन कार्बाइड पातळ-फिल्म सब्सट्रेट्स.
• LTOI: लिथियम निओबेट, पातळ-फिल्म लिथियम टँटालेट वेफर्सचा एक मजबूत प्रतिस्पर्धी.
• LNOI: 8-इंच LNOI मोठ्या प्रमाणात पातळ-फिल्म लिथियम निओबेट उत्पादनांच्या मोठ्या प्रमाणात उत्पादनास समर्थन देते.
इन्सुलेटर वेव्हगाइड्सवर उत्पादन:या अभ्यासात, आम्ही 4-इंच LToI वेफर्सचा वापर केला. वरचा LT लेयर हा SAW उपकरणांसाठी व्यावसायिक 42° फिरवलेला Y-कट LT सब्सट्रेट आहे, जो 3 µm जाडीच्या थर्मल ऑक्साईड लेयरसह Si सब्सट्रेटशी थेट जोडलेला असतो, एक स्मार्ट कटिंग प्रक्रिया वापरतो. आकृती 1(a) 200 nm च्या वरच्या LT लेयर जाडीसह, LToI वेफरचे शीर्ष दृश्य दर्शविते. आम्ही ॲटोमिक फोर्स मायक्रोस्कोपी (AFM) वापरून वरच्या LT लेयरच्या पृष्ठभागाच्या खडबडीचे मूल्यांकन केले.
आकृती 1.(a) LToI वेफरचे शीर्ष दृश्य, (b) शीर्ष LT लेयरच्या पृष्ठभागाची AFM प्रतिमा, (c) शीर्ष LT लेयरच्या पृष्ठभागाची PFM प्रतिमा, (d) LToI वेव्हगाइडचा योजनाबद्ध क्रॉस-सेक्शन, (e) गणना केलेले मूलभूत TE मोड प्रोफाइल आणि (f) SiO2 ओव्हरलेअर डिपॉझिशनपूर्वी LToI वेव्हगाइड कोरची SEM प्रतिमा. आकृती 1 (b) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा 1 nm पेक्षा कमी आहे आणि कोणत्याही स्क्रॅच रेषा आढळल्या नाहीत. याव्यतिरिक्त, आकृती 1 (c) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, आम्ही पायझोइलेक्ट्रिक रिस्पॉन्स फोर्स मायक्रोस्कोपी (PFM) वापरून शीर्ष LT लेयरच्या ध्रुवीकरण स्थितीचे परीक्षण केले. आम्ही पुष्टी केली की बाँडिंग प्रक्रियेनंतरही एकसमान ध्रुवीकरण राखले गेले.
या LToI सब्सट्रेटचा वापर करून, आम्ही खालीलप्रमाणे वेव्हगाइड तयार केले. प्रथम, एलटीच्या नंतरच्या कोरड्या कोरीव कामासाठी मेटल मास्कचा थर जमा केला गेला. नंतर, इलेक्ट्रॉन बीम (EB) लिथोग्राफी मेटल मास्क लेयरच्या शीर्षस्थानी वेव्हगाइड कोर पॅटर्न परिभाषित करण्यासाठी केली गेली. पुढे, आम्ही कोरड्या कोरीव कामाद्वारे ईबी रेझिस्ट पॅटर्न मेटल मास्क लेयरमध्ये हस्तांतरित केला. त्यानंतर, इलेक्ट्रॉन सायक्लोट्रॉन रेझोनान्स (ईसीआर) प्लाझ्मा एचिंग वापरून एलटीओआय वेव्हगाइड कोर तयार झाला. शेवटी, ओल्या प्रक्रियेद्वारे मेटल मास्कचा थर काढून टाकण्यात आला आणि प्लाझ्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव वापरून SiO2 आच्छादन जमा केले गेले. आकृती 1 (d) LToI वेव्हगाइडचा योजनाबद्ध क्रॉस-सेक्शन दर्शविते. एकूण कोरची उंची, प्लेटची उंची आणि कोर रुंदी अनुक्रमे 200 nm, 100 nm आणि 1000 nm आहे. लक्षात घ्या की ऑप्टिकल फायबर कपलिंगसाठी वेव्हगाइड काठावर कोर रुंदी 3 µm पर्यंत विस्तारते.
आकृती 1 (e) 1550 nm वर मूलभूत ट्रान्सव्हर्स इलेक्ट्रिक (TE) मोडचे गणना केलेले ऑप्टिकल तीव्रता वितरण प्रदर्शित करते. आकृती 1 (f) SiO2 ओव्हरलेअर जमा होण्यापूर्वी LToI वेव्हगाइड कोरची स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (SEM) प्रतिमा दर्शवते.
वेव्हगाइड वैशिष्ट्ये:1550 nm तरंगलांबी प्रवर्धित उत्स्फूर्त उत्सर्जन स्त्रोतापासून वेगवेगळ्या लांबीच्या LToI वेव्हगाइड्समध्ये TE-ध्रुवीकृत प्रकाश इनपुट करून आम्ही प्रथम रेखीय नुकसान वैशिष्ट्यांचे मूल्यांकन केले. प्रत्येक तरंगलांबीवरील वेव्हगाइड लांबी आणि प्रसारण यांच्यातील संबंधांच्या उतारावरून प्रसार नुकसान प्राप्त झाले. आकृती 2 (a) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 0.32, 0.28, आणि 0.26 dB/cm वर अनुक्रमे 1530, 1550, आणि 1570 nm मोजलेले प्रसार नुकसान होते. फॅब्रिकेटेड LToI वेव्हगाइड्सने अत्याधुनिक LNoI वेव्हगाइड्स [10] शी तुलनात्मक कमी-नुकसान कार्यप्रदर्शन प्रदर्शित केले.
पुढे, आम्ही चार-वेव्ह मिश्रण प्रक्रियेद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या तरंगलांबी रूपांतरणाद्वारे χ(3) नॉनलाइनरिटीचे मूल्यांकन केले. आम्ही 12 मिमी लांब वेव्हगाइडमध्ये 1550.0 nm वर एक सतत वेव्ह पंप लाइट आणि 1550.6 nm वर सिग्नल लाइट इनपुट करतो. आकृती 2 (b) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, फेज-कंज्युगेट (आयडलर) लाइट वेव्ह सिग्नलची तीव्रता वाढत्या इनपुट पॉवरसह वाढली. आकृती 2 (b) मधील इनसेट चार-वेव्ह मिक्सिंगचे ठराविक आउटपुट स्पेक्ट्रम दर्शविते. इनपुट पॉवर आणि रूपांतरण कार्यक्षमता यांच्यातील संबंधावरून, आम्ही नॉनलाइनर पॅरामीटर (γ) अंदाजे 11 W^-1m असण्याचा अंदाज लावला.
आकृती 3.(a) फॅब्रिकेटेड रिंग रेझोनेटरची सूक्ष्मदर्शक प्रतिमा. (b) विविध गॅप पॅरामीटर्ससह रिंग रेझोनेटरचा ट्रान्समिशन स्पेक्ट्रा. (c) 1000 nm च्या अंतरासह रिंग रेझोनेटरचे मोजलेले आणि लॉरेंट्झियन-फिट केलेले ट्रान्समिशन स्पेक्ट्रम.
पुढे, आम्ही LToI रिंग रेझोनेटर तयार केले आणि त्याच्या वैशिष्ट्यांचे मूल्यांकन केले. आकृती 3 (a) फॅब्रिकेटेड रिंग रेझोनेटरची ऑप्टिकल मायक्रोस्कोप प्रतिमा दर्शवते. रिंग रेझोनेटरमध्ये "रेसट्रॅक" कॉन्फिगरेशन आहे, ज्यामध्ये 100 µm त्रिज्या असलेला वक्र प्रदेश आणि 100 µm लांबीचा सरळ प्रदेश असतो. रिंग आणि बस वेव्हगाइड कोरमधील अंतर रुंदी 200 एनएमच्या वाढीमध्ये बदलते, विशेषत: 800, 1000 आणि 1200 एनएम. आकृती 3 (b) प्रत्येक अंतरासाठी ट्रान्समिशन स्पेक्ट्रा प्रदर्शित करते, हे दर्शविते की विलुप्त होण्याचे प्रमाण अंतराच्या आकारासह बदलते. या स्पेक्ट्रावरून, आम्ही निर्धारित केले की 1000 nm अंतर जवळजवळ गंभीर कपलिंग परिस्थिती प्रदान करते, कारण ते -26 dB चे सर्वाधिक विलोपन गुणोत्तर प्रदर्शित करते.
क्रिटिकली जोडलेल्या रेझोनेटरचा वापर करून, आकृती 3 (c) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, आम्ही रेखीय ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रमला लोरेन्ट्झियन वक्रसह फिट करून, 1.1 दशलक्ष अंतर्गत Q घटक प्राप्त करून गुणवत्ता घटक (क्यू फॅक्टर) चा अंदाज लावला. आमच्या माहितीनुसार, हे वेव्हगाइड-कपल्ड LToI रिंग रेझोनेटरचे पहिले प्रदर्शन आहे. विशेष म्हणजे, आम्ही प्राप्त केलेले Q घटक मूल्य फायबर-कपल्ड LToI मायक्रोडिस्क रेझोनेटर्स [9] पेक्षा लक्षणीय आहे.
निष्कर्ष:आम्ही 1550 nm वर 0.28 dB/cm च्या तोट्यासह आणि 1.1 दशलक्ष रिंग रेझोनेटर Q घटकासह LToI वेव्हगाइड विकसित केले. प्राप्त केलेले कार्यप्रदर्शन अत्याधुनिक लो-लोस LNoI वेव्हगाइड्सशी तुलना करता येते. याव्यतिरिक्त, आम्ही ऑन-चिप नॉनलाइनर ऍप्लिकेशन्ससाठी उत्पादित LToI वेव्हगाइडच्या χ(3) नॉनलाइनरिटीची तपासणी केली.
पोस्ट वेळ: नोव्हेंबर-२०-२०२४