सारांश:आम्ही १५५० एनएम इन्सुलेटर-आधारित लिथियम टॅन्टालेट वेव्हगाइड विकसित केले आहे ज्याचा तोटा ०.२८ डीबी/सेमी आहे आणि रिंग रेझोनेटर गुणवत्ता घटक १.१ दशलक्ष आहे. नॉनलाइनर फोटोनिक्समध्ये χ(3) नॉनलाइनरिटीचा वापर अभ्यासला गेला आहे. लिथियम निओबेट ऑन इन्सुलेटर (LNoI) चे फायदे, जे उत्कृष्ट χ(2) आणि χ(3) नॉनलाइनर गुणधर्म प्रदर्शित करते आणि त्याच्या "इन्सुलेटर-ऑन" संरचनेमुळे मजबूत ऑप्टिकल बंदिवास दर्शवते, अल्ट्राफास्ट मॉड्युलेटर आणि एकात्मिक नॉनलाइनर फोटोनिक्ससाठी वेव्हगाइड तंत्रज्ञानात लक्षणीय प्रगती झाली आहे [1-3]. LN व्यतिरिक्त, लिथियम टॅन्टालेट (LT) ची नॉनलाइनर फोटोनिक मटेरियल म्हणून देखील तपासणी केली गेली आहे. LN च्या तुलनेत, LT मध्ये उच्च ऑप्टिकल नुकसान थ्रेशोल्ड आणि एक विस्तृत ऑप्टिकल पारदर्शकता विंडो आहे [4, 5], जरी त्याचे ऑप्टिकल पॅरामीटर्स, जसे की अपवर्तक निर्देशांक आणि नॉनलाइनर गुणांक, LN सारखेच आहेत [6, 7]. अशाप्रकारे, उच्च ऑप्टिकल पॉवर नॉनलाइनर फोटोनिक अनुप्रयोगांसाठी LToI हे आणखी एक मजबूत उमेदवार साहित्य म्हणून उभे आहे. शिवाय, LToI हे पृष्ठभागाच्या ध्वनिक तरंग (SAW) फिल्टर उपकरणांसाठी एक प्राथमिक साहित्य बनत आहे, जे हाय-स्पीड मोबाइल आणि वायरलेस तंत्रज्ञानामध्ये लागू होते. या संदर्भात, LToI वेफर्स फोटोनिक अनुप्रयोगांसाठी अधिक सामान्य साहित्य बनू शकतात. तथापि, आजपर्यंत, LToI वर आधारित फक्त काही फोटोनिक उपकरणे नोंदवली गेली आहेत, जसे की मायक्रोडिस्क रेझोनेटर [8] आणि इलेक्ट्रो-ऑप्टिक फेज शिफ्टर्स [9]. या पेपरमध्ये, आम्ही कमी-तोट्याचे LToI वेव्हगाइड आणि रिंग रेझोनेटरमध्ये त्याचा अनुप्रयोग सादर करतो. याव्यतिरिक्त, आम्ही LToI वेव्हगाइडची χ(3) नॉनलाइनर वैशिष्ट्ये प्रदान करतो.
महत्वाचे मुद्दे:
• घरगुती तंत्रज्ञान आणि परिपक्व प्रक्रियांचा वापर करून, ४-इंच ते ६-इंच LToI वेफर्स, पातळ-फिल्म लिथियम टॅन्टलेट वेफर्स, ज्यांच्या वरच्या थराची जाडी १०० nm ते १५०० nm पर्यंत आहे.
• SINOI: अल्ट्रा-लो लॉस सिलिकॉन नायट्राइड थिन-फिल्म वेफर्स.
• SICOI: सिलिकॉन कार्बाइड फोटोनिक इंटिग्रेटेड सर्किट्ससाठी उच्च-शुद्धता अर्ध-इन्सुलेट सिलिकॉन कार्बाइड पातळ-फिल्म सब्सट्रेट्स.
• LTOI: लिथियम निओबेट, पातळ-फिल्म लिथियम टॅन्टलेट वेफर्सचा एक मजबूत स्पर्धक.
• LNOI: ८-इंचाचा LNOI जो मोठ्या प्रमाणात पातळ-फिल्म लिथियम निओबेट उत्पादनांच्या मोठ्या प्रमाणात उत्पादनास समर्थन देतो.
इन्सुलेटर वेव्हगाईड्सवर उत्पादन:या अभ्यासात, आम्ही ४-इंच LToI वेफर्सचा वापर केला. वरचा LT थर हा SAW उपकरणांसाठी एक व्यावसायिक ४२° फिरवलेला Y-कट LT सब्सट्रेट आहे, जो ३ µm जाडीच्या थर्मल ऑक्साईड लेयरसह Si सब्सट्रेटशी थेट जोडलेला असतो, ज्यामध्ये स्मार्ट कटिंग प्रक्रिया वापरली जाते. आकृती १(a) LToI वेफरचे वरचे दृश्य दाखवते, ज्याची वरची LT लेयर जाडी २०० nm आहे. आम्ही अणु बल सूक्ष्मदर्शी (AFM) वापरून वरच्या LT लेयरच्या पृष्ठभागाच्या खडबडीतपणाचे मूल्यांकन केले.
आकृती १.(a) LToI वेफरचे वरचे दृश्य, (b) वरच्या LT लेयरच्या पृष्ठभागाची AFM प्रतिमा, (c) वरच्या LT लेयरच्या पृष्ठभागाची PFM प्रतिमा, (d) LToI वेव्हगाइडचा योजनाबद्ध क्रॉस-सेक्शन, (e) गणना केलेले मूलभूत TE मोड प्रोफाइल आणि (f) SiO2 ओव्हरलेयर डिपॉझिशनपूर्वी LToI वेव्हगाइड कोरची SEM प्रतिमा. आकृती 1 (b) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, पृष्ठभागाची खडबडीतपणा 1 nm पेक्षा कमी आहे आणि कोणत्याही स्क्रॅच रेषा आढळल्या नाहीत. याव्यतिरिक्त, आम्ही आकृती 1 (c) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, पायझोइलेक्ट्रिक रिस्पॉन्स फोर्स मायक्रोस्कोपी (PFM) वापरून वरच्या LT लेयरच्या ध्रुवीकरण स्थितीचे परीक्षण केले. बाँडिंग प्रक्रियेनंतरही एकसमान ध्रुवीकरण राखले गेले याची आम्ही पुष्टी केली.
या LToI सब्सट्रेटचा वापर करून, आम्ही खालीलप्रमाणे वेव्हगाइड तयार केले. प्रथम, LT च्या त्यानंतरच्या ड्राय एचिंगसाठी मेटल मास्क लेयर जमा करण्यात आला. त्यानंतर, मेटल मास्क लेयरच्या वर वेव्हगाइड कोर पॅटर्न परिभाषित करण्यासाठी इलेक्ट्रॉन बीम (EB) लिथोग्राफी करण्यात आली. पुढे, आम्ही ड्राय एचिंगद्वारे EB रेझिस्ट पॅटर्न मेटल मास्क लेयरमध्ये हस्तांतरित केला. त्यानंतर, इलेक्ट्रॉन सायक्लोट्रॉन रेझोनान्स (ECR) प्लाझ्मा एचिंग वापरून LToI वेव्हगाइड कोर तयार करण्यात आला. शेवटी, मेटल मास्क लेयर एका ओल्या प्रक्रियेद्वारे काढून टाकण्यात आला आणि प्लाझ्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प निक्षेपण वापरून SiO2 ओव्हरलेयर जमा करण्यात आला. आकृती 1 (d) LToI वेव्हगाइडचा योजनाबद्ध क्रॉस-सेक्शन दर्शविते. एकूण कोर उंची, प्लेट उंची आणि कोर रुंदी अनुक्रमे 200 nm, 100 nm आणि 1000 nm आहे. लक्षात ठेवा की ऑप्टिकल फायबर कपलिंगसाठी वेव्हगाइड एजवर कोर रुंदी 3 µm पर्यंत वाढते.
आकृती १ (e) १५५० nm वर मूलभूत ट्रान्सव्हर्स इलेक्ट्रिक (TE) मोडचे गणना केलेले ऑप्टिकल तीव्रता वितरण प्रदर्शित करते. आकृती १ (f) SiO2 ओव्हरलेयरच्या निक्षेपणाच्या आधी LToI वेव्हगाइड कोरची स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (SEM) प्रतिमा दर्शवते.
वेव्हगाइड वैशिष्ट्ये:आम्ही प्रथम १५५० एनएम तरंगलांबी प्रवर्धित उत्स्फूर्त उत्सर्जन स्रोतापासून TE-ध्रुवीकृत प्रकाश वेगवेगळ्या लांबीच्या LToI वेव्हगाइड्समध्ये इनपुट करून रेषीय तोटा वैशिष्ट्यांचे मूल्यांकन केले. प्रत्येक तरंगलांबीवरील वेव्हगाइड लांबी आणि ट्रान्समिशनमधील संबंधाच्या उतारावरून प्रसारण तोटा प्राप्त झाला. आकृती २ (अ) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, १५३०, १५५० आणि १५७० एनएमवर मोजलेले प्रसारण तोटे अनुक्रमे ०.३२, ०.२८ आणि ०.२६ डीबी/सेमी होते. बनावटी LToI वेव्हगाइड्सने अत्याधुनिक LNoI वेव्हगाइड्सशी तुलनात्मक कमी-तोटा कामगिरी प्रदर्शित केली [१०].
पुढे, आम्ही चार-तरंग मिश्रण प्रक्रियेद्वारे निर्माण होणाऱ्या तरंगलांबी रूपांतरणाद्वारे χ(3) अरेषीयतेचे मूल्यांकन केले. आम्ही 12 मिमी लांबीच्या वेव्हगाइडमध्ये 1550.0 nm वर एक सतत वेव्ह पंप लाईट आणि 1550.6 nm वर एक सिग्नल लाईट इनपुट केला. आकृती 2 (b) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, वाढत्या इनपुट पॉवरसह फेज-कंजुगेट (निष्क्रिय) लाईट वेव्ह सिग्नलची तीव्रता वाढली. आकृती 2 (b) मधील इनसेट चार-तरंग मिश्रणाचा विशिष्ट आउटपुट स्पेक्ट्रम दर्शवितो. इनपुट पॉवर आणि रूपांतरण कार्यक्षमतेमधील संबंधावरून, आम्ही नॉनलाइनर पॅरामीटर (γ) अंदाजे 11 W^-1m असल्याचा अंदाज लावला.
आकृती ३.(अ) बनावटी रिंग रेझोनेटरची सूक्ष्मदर्शक प्रतिमा. (ब) विविध गॅप पॅरामीटर्ससह रिंग रेझोनेटरचा ट्रान्समिशन स्पेक्ट्रा. (क) १००० एनएमच्या गॅपसह रिंग रेझोनेटरचा मोजलेला आणि लॉरेंट्झियन-फिटेड ट्रान्समिशन स्पेक्ट्रम.
पुढे, आम्ही एक LToI रिंग रेझोनेटर तयार केला आणि त्याच्या वैशिष्ट्यांचे मूल्यांकन केले. आकृती 3 (a) मध्ये बनावटी रिंग रेझोनेटरची ऑप्टिकल मायक्रोस्कोप प्रतिमा दर्शविली आहे. रिंग रेझोनेटरमध्ये "रेसट्रॅक" कॉन्फिगरेशन आहे, ज्यामध्ये 100 µm त्रिज्या असलेला वक्र प्रदेश आणि 100 µm लांबीचा सरळ प्रदेश आहे. रिंग आणि बस वेव्हगाइड कोरमधील अंतराची रुंदी 200 nm च्या वाढीने बदलते, विशेषतः 800, 1000 आणि 1200 nm वर. आकृती 3 (b) प्रत्येक अंतरासाठी ट्रान्समिशन स्पेक्ट्रा प्रदर्शित करते, जे दर्शवते की अंतराच्या आकारानुसार विलोपन प्रमाण बदलते. या स्पेक्ट्रावरून, आम्ही निर्धारित केले की 1000 nm अंतर जवळजवळ गंभीर जोडणी परिस्थिती प्रदान करते, कारण ते -26 dB चे सर्वोच्च विलोपन प्रमाण प्रदर्शित करते.
क्रिटिकली कप्ल्ड रेझोनेटर वापरून, आम्ही रेषीय ट्रान्समिशन स्पेक्ट्रमला लॉरेंट्झियन वक्रसह बसवून गुणवत्ता घटक (Q घटक) अंदाज लावला, आकृती 3 (c) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, 1.1 दशलक्ष अंतर्गत Q घटक मिळवला. आमच्या माहितीनुसार, हे वेव्हगाइड-कप्ल्ड LToI रिंग रेझोनेटरचे पहिले प्रात्यक्षिक आहे. उल्लेखनीय म्हणजे, आम्ही मिळवलेले Q घटक मूल्य फायबर-कप्ल्ड LToI मायक्रोडिस्क रेझोनेटरपेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त आहे [9].
निष्कर्ष:आम्ही १५५० nm वर ०.२८ dB/cm लॉस आणि १.१ दशलक्ष रिंग रेझोनेटर Q फॅक्टरसह LToI वेव्हगाइड विकसित केला. मिळालेली कामगिरी अत्याधुनिक कमी-तोटा असलेल्या LNoI वेव्हगाइड्सशी तुलना करता येईल. याव्यतिरिक्त, आम्ही ऑन-चिप नॉनलाइनर अनुप्रयोगांसाठी उत्पादित LToI वेव्हगाइडच्या χ(3) नॉनलाइनरिटीची तपासणी केली.
पोस्ट वेळ: नोव्हेंबर-२०-२०२४