Аннотация:Без 1550 нм изолятор нигезендәге литий танталат дулкын үткәргечен эшләдек, ул 0,28 дБ/см3 югалту һәм 1,1 миллион боҗралы резонатор сыйфат коэффициенты белән тәэмин ителгән. χ(3) сызыксызлыгын сызыксыз фотоникада куллану өйрәнелде. Изолятордагы литий ниобатының (LNoI) өстенлекләре, ул χ(2) һәм χ(3) сызыксыз үзлекләренең бик яхшы булуын, шулай ук "изолятор өстендә" структурасы аркасында көчле оптик чикләүне күрсәтә, бу ультра тиз модуляторлар һәм интеграцияләнгән сызыксыз фотоникалар өчен дулкын үткәргече технологиясендә зур алга китешләргә китерде [1-3]. LN'дан тыш, литий танталат (LT) да сызыксыз фотоник материал буларак тикшерелде. LN'га караганда, LT'ның оптик зыян чиге югарырак һәм оптик үтә күренмәлелек тәрәзәсе киңрәк [4, 5], гәрчә аның сыну күрсәткече һәм сызыксыз коэффициентлар кебек оптик параметрлары LN'ныкына охшаш булса да [6, 7]. Шулай итеп, LToI югары оптик көчкә ия сызыклы булмаган фотоник кушымталар өчен тагын бер көчле кандидат материал буларак аерылып тора. Моннан тыш, LToI югары тизлекле мобиль һәм сымсыз технологияләрдә кулланыла торган өслек акустик дулкын (SAW) фильтр җайланмалары өчен төп материалга әйләнә. Бу контекстта, LToI пластиналары фотоник кушымталар өчен еш очрый торган материалларга әйләнергә мөмкин. Ләкин, бүгенге көнгә кадәр LToI нигезендәге фотоник җайланмаларның берничәсе генә турында хәбәр ителгән, мәсәлән, микродиск резонаторлары [8] һәм электро-оптик фаза күчергечләре [9]. Бу мәкаләдә без түбән югалтулы LToI дулкын үткәргечен һәм аның боҗралы резонаторда кулланылышын тәкъдим итәбез. Моннан тыш, без LToI дулкын үткәргеченең χ(3) сызыклы булмаган характеристикаларын тәкъдим итәбез.
Төп фикерләр:
• 4 дюймнан 6 дюймга кадәрге LToI пластиналарын, өске катлам калынлыгы 100 нмнан 1500 нмга кадәр булган юка пленкалы литий танталат пластиналарын тәкъдим итәбез, алар җирле технологияләрне һәм өлгергән процессларны куллана.
• SINOI: бик аз югалтулы кремний нитриды юка пленкалы пластиналар.
• SICOI: Кремний карбиды фотон интеграль схемалары өчен югары чисталыклы ярымизоляцияле кремний карбиды юка пленкалы субстратлар.
• LTOI: Литий ниобаты, юка пленкалы литий танталат пластиналарына көчле көндәш.
• LNOI: 8 дюймлы LNOI зуррак масштаблы юка пленкалы литий ниобаты продуктларын күпләп җитештерүне хуплый.
Изолятор дулкын үткәргечләрендә җитештерү:Бу тикшеренүдә без 4 дюймлы LToI пластиналарын кулландык. Өске LT катламы - SAW җайланмалары өчен 42° әйләндерелгән коммерция максатларында кулланыла торган Y-формасындагы LT субстраты, ул турыдан-туры Si субстратына 3 мкм калынлыктагы термик оксид катламы белән тоташтырылган, акыллы кисү процессын куллана. 1(а) рәсемдә LToI пластинасының өске күренеше күрсәтелгән, өске LT катламы калынлыгы 200 нм. Без өске LT катламының өслек тигезсезлеген атом көче микроскопиясе (AFM) ярдәмендә бәяләдек.
1 нче рәсем.(a) LToI пластинасының өске күренеше, (b) Өске LT катламы өслегенең AFM сурәте, (c) Өске LT катламы өслегенең PFM сурәте, (d) LToI дулкын үткәргеченең схематик кисемтәсе, (e) Төп TE режимы профиле исәпләнгән, һәм (f) SiO2 катламы утыртылганчы LToI дулкын үткәргеч үзәгенең SEM сурәте. 1 нче рәсемдә (b) күрсәтелгәнчә, өслекнең тигезсезлеге 1 нм дан кимрәк, һәм тырналу сызыклары күзәтелмәгән. Моннан тыш, без 1 нче рәсемдә (c) күрсәтелгәнчә, өске LT катламының поляризация торышын пьезоэлектрик җавап көче микроскопиясе (PFM) ярдәмендә тикшердек. Без бәйләнеш процессыннан соң да бердәм поляризация саклануын расладык.
Бу LToI субстратын кулланып, без дулкын үткәргечен түбәндәгечә ясадык. Башта LTны коры эшкәртү өчен металл битлек катламы салынды. Аннары металл битлек катламы өстендәге дулкын үткәргеч үзәк рәсемен билгеләү өчен электрон нур (EB) литографиясе үткәрелде. Аннары без EB каршылык рәсемен коры эшкәртү аша металл битлек катламына күчердек. Аннары, электрон циклотрон резонансы (ECR) плазма эшкәртү ярдәмендә LToI дулкын үткәргеч үзәге формалаштырылды. Ниһаять, металл битлек катламы дымлы процесс аша алынды, һәм плазма белән көчәйтелгән химик пар урнаштыру ярдәмендә SiO2 катламы салынды. 1 нче рәсемдә (d) LToI дулкын үткәргеченең схематик кисемтәсе күрсәтелгән. Үзәкнең гомуми биеклеге, пластина биеклеге һәм үзәк киңлеге 200 нм, 100 нм һәм 1000 нм тәшкил итә. Оптик җепсел тоташтыру өчен үзәк киңлеге дулкын үткәргеч кырыенда 3 мкм га кадәр киңәя икәнен истә тотыгыз.
1 нче рәсемдә (e) 1550 нм да төп аркылы электр (TE) режимының исәпләнгән оптик интенсивлык бүленеше күрсәтелгән. 1 нче рәсемдә (f) SiO2 катламы утыртылганчы LToI дулкынүткәргеч үзәгенең сканерлаучы электрон микроскоп (SEM) сурәте күрсәтелгән.
Дулкын үткәргеч үзенчәлекләре:Башта без сызыклы югалту характеристикаларын 1550 нм дулкын озынлыгы көчәйтелгән үзеннән-үзе барлыкка килгән нурланыш чыганагыннан төрле озынлыктагы LToI дулкын үткәргечләренә TE-поляризацияләнгән яктылык кертү юлы белән бәяләдек. Таралу югалтуы һәр дулкын озынлыгындагы дулкын үткәргеч озынлыгы һәм тапшыру арасындагы бәйләнешнең авышлыгыннан алынды. Үлчәнгән таралу югалтулары 1530, 1550 һәм 1570 нм да 0,32, 0,28 һәм 0,26 дБ/см2 тәшкил итте, бу 2 нче рәсемнең (а) өлешендә күрсәтелгән. Ясалган LToI дулкын үткәргечләре заманча LNoI дулкын үткәргечләре белән чагыштырырлык түбән югалту күрсәткечләрен күрсәттеләр [10].
Аннары, без дүрт дулкынлы кушу процессы нәтиҗәсендә барлыкка килгән дулкын озынлыгы конверсиясе аша χ(3) сызыксызлыгын бәяләдек. Без 12 мм озынлыктагы дулкын үткәргечкә 1550,0 нм озынлыктагы өзлексез дулкын насосы лампасын һәм 1550,6 нм озынлыктагы сигнал лампасын керттек. 2 нче рәсемдә (b) күрсәтелгәнчә, фаза-конъюгат (буш йөреш) яктылык дулкыны сигналы интенсивлыгы керү көче арткан саен арта. 2 нче рәсемдә (b) дүрт дулкынлы кушуның типик чыгыш спектры күрсәтелгән. Керү көче һәм конверсия нәтиҗәлелеге арасындагы бәйләнештән чыгып, без сызыксыз параметрның (γ) якынча 11 Вт^-1 м булуын бәяләдек.
3 нче рәсем.(а) Ясалган боҗралы резонаторның микроскоп сурәте. (б) Төрле ара параметрлары булган боҗралы резонаторның тапшыру спектрлары. (в) 1000 нм аралыгы булган боҗралы резонаторның үлчәнгән һәм Лоренц белән урнаштырылган тапшыру спектры.
Аннары без LToI боҗралы резонаторын ясадык һәм аның характеристикаларын бәяләдек. 3 нче рәсемдә (а) ясалган боҗралы резонаторның оптик микроскоп сурәте күрсәтелгән. Боҗралы резонатор "ярыш юлы" конфигурациясенә ия, ул 100 мкм радиусы булган кәкре өлкәдән һәм 100 мкм озынлыктагы туры өлкәдән тора. Боҗра һәм шиналы дулкын үткәргеч үзәк арасындагы ара киңлеге 200 нм адымнар белән үзгәрә, аеруча 800, 1000 һәм 1200 нм диапазоннарда. 3 нче рәсемдә (б) һәр ара өчен тапшыру спектрлары күрсәтелгән, бу сүнү коэффициентының ара зурлыгы белән үзгәрүен күрсәтә. Бу спектрлардан без 1000 нм араның -26 дБ иң югары сүнү коэффициентын күрсәтүче диярлек критик тоташу шартларын тәэмин итүен ачыкладык.
Критик бәйләнешле резонаторны кулланып, без сыйфат факторын (Q факторын) сызыклы тапшыру спектрын Лоренц кәкресе белән туры китереп бәяләдек, 3 нче рәсемдә (в) күрсәтелгәнчә, 1,1 миллион эчке Q факторын алдык. Безнең белүебезчә, бу дулкын үткәргеч белән тоташкан LToI боҗралы резонаторының беренче демонстрациясе. Шунысы игътибарга лаек, без ирешкән Q факторы кыйммәте җепсел белән тоташкан LToI микродиск резонаторларынкыннан күпкә югарырак [9].
Йомгаклау:Без 1550 нм да 0,28 дБ/см2 югалту белән һәм 1,1 миллион боҗралы резонатор Q коэффициенты белән LToI дулкын үткәргечен эшләдек. Алынган күрсәткечләр заманча түбән югалтулы LNoI дулкын үткәргечләре белән чагыштырырлык. Моннан тыш, без чиптагы сызыклы булмаган кушымталар өчен җитештерелгән LToI дулкын үткәргеченең χ(3) сызыклы булмаганлыгын тикшердек.
Бастырып чыгару вакыты: 2024 елның 20 ноябре