4 بوصة و 6 بوصة ليتيم تانتاليت رقاقة PIC-- ليتيم تانتاليت الموجه على عازل خسارة منخفضة للفوتونيات غير الخطية على رقاقة
ملخص: قمنا بتطوير دليل موجات ليتيم تانتالات على عازل 1550 نانومتر مع فقدان 0.28 ديسيبل / سم وعامل جودة الرنين التوروائدي 1.1 مليون.يتم دراسة تطبيق غير الخطيّة في الفوتونيات غير الخطيّة.
1تعرّف
Waveguide technology based on lithium niobate insulators (LNoI) has made great progress in the field of ultra-high speed modulators and on-chip nonlinear photonics due to their favorable χ(2) and χ(3) nonlinear properties and the strong optical limiting effect generated by the "on-insulator" structure [1-3]بالإضافة إلى LN ، تم دراسة تانتالات الليثيوم (LT) أيضًا كمادة فوتونية غير خطية.يحتوي LT على عتبة أضرار بصرية أعلى ونوافذ أكثر وضوحا بصريا [4، 5] ، على الرغم من أن معاييرها البصرية مشابهة لتلك الموجودة في LN ، مثل مؤشر الانكسار والعامل غير الخطي [6,7].لذلك فإن LToI هو مرشح مادة قوي آخر لتطبيقات الفوتونيات غير الخطية ذات الطاقة البصرية العاليةوبالإضافة إلى ذلك، LToI يظهر كمادة رئيسية لأجزاء فلتر الموجات الصوتية السطحية (SAW) لتطبيقات الهاتف المحمول واللاسلكي عالية السرعة.قد تصبح رقائق LToI مادة أكثر شيوعاً للتطبيقات الفوتونيةومع ذلك ، تم الإبلاغ عن عدد قليل فقط من الأجهزة الفوتونية القائمة على LTOI حتى الآن ، مثل رنين القرص الصغير [8] ومحولات المراحل الكهربائية البصرية [9].نحن نقدم مدرب موجات منخفض الخسارة LToI وتطبيقه في الموجات الموجبة الحلقةبالإضافة إلى ذلك، يتم توفير غير خطية χ (((3) من دليل الموجات LToI.
أبرز
قدم 4 "-6"الـ LTOIرقاقة، رقاقة رقيقة ليتيم تانتاليت رقاقة، سمك أعلى من 100nm-1500nm، التكنولوجيا المحلية، عملية ناضجة
المنتجات الأخرى
الـ LTOI؛ منافس نيوبات الليثيوم الأقوى، رقائق تانتالات الليثيوم رقيقة الشاشة
لا أعرف؛ 8 بوصة LNOI يدعم إنتاج الكتلة من ليتيم نيوبات الأفلام الرقيقة على نطاق أكبر
التصنيع على الموجهات العازلة
في هذه الدراسة، استخدمنا رقائق LTOI بطول 4 بوصات.طبقة LT العليا هي 42 درجة تجارية لقطعة LT Y-cut لجهازات SAW التي ترتبط مباشرة بقطعة Si مع طبقة أكسيد حرارية سميكة 3 ميكرومتر وتقوم بعملية قطع ذكيةيظهر الشكل 1 ((أ) الرؤية العليا للوفر LToI، حيث الطبقة LT العليا لديها سمك 200 نانومتر. قمنا بتقييم خشونة سطح الطبقة LT العليا باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM)
الشكل 1. (أ) الرؤية من أعلى رقاقة LToI، (ب) صورة AFM لسطح الطبقة LT العلوية، (ج) صورة PFM لسطح الطبقة LT العلوية، (د) القطع العرضي المخططي لمرشد الموجات LToI،(هـ) المخططات المحسوبة لنظام التشغيل الأساسي، و (و) صورة SEM للقلب الموجي LToI قبل ترسب طبقة SiO2.
كما هو مبين في الشكل 1 (ب) ، وقاحة السطح أقل من 1 نانومتر، ولا يتم ملاحظة خطوط الخدوش.لقد فحصنا استقطاب الطبقة العليا LT باستخدام مجهر قوة الرد الكهربائيكما هو مبين في الشكل 1 (ج). حتى بعد عملية الارتباط، أكدنا أن الاستقطاب المتساوي قد تم الحفاظ عليه.
باستخدامالـ LTOIأولاً، نضع طبقة من القناع المعدنيونحن ثم تنفيذ بريق الإلكترون (إيه بي) الرسم الحجري لتحديد نمط القلب الموجهة الموجات على رأس طبقة قناع المعدنيةبعد ذلك، نقلنا نمط مقاومة إيه بي إلى طبقة القناع المعدني عن طريق الحفر الجاف. بعد ذلك يتم تشكيل جوهر موجهة LToI عن طريق حفر البلازما بالرنين الإلكتروني (ECR). وأخيرا،لقد أزيلنا طبقة القناع المعدني عن طريق عملية رطبة ووضعنا طبقة غطاء SiO2 عن طريق ترسب البخار الكيميائي المحسن بالبلازمايظهر الشكل 1 (د) مقطع قطري مخططي لمرشد الموجات LToI. مجموع ارتفاع القلب وارتفاع اللوحة وعرض القلب هو 200، 100 و 1000 نانومتر على التوالي.لاحظ أن تسهيل ربط الألياف، يتم تمديد عرض النواة إلى 3 ميكرومتر في حافة الموجه الموجوي. يظهر الشكل 1 (هـ) التوزيع المحسوب لشدة موجة الضوء لنظام الحقل الكهربائي العرضي الأساسي (TE) عند 1550 نانومتر.يظهر الشكل 1 (ف) صورة المجهر الإلكتروني المسح الضوئي (SEM) للقلب الموجه للموجات LToI قبل إيداع طبقة SiO2.
خصائص توجيه الموجات
أولاً، نقوم بتقييم خصائص الخسارة الخطية عن طريق تغذية الضوء المستقطب من مصدر ضوء مضخم في 1550 نانومتر إلى الموجات LToI ذات الأطوال المختلفة.يتم الحصول على خسارة الانتشار من منحدر العلاقة بين طول الموجه الموجي ومرور كل طول موجيخسائر الانتشار المقاسة هي 0.32، 0.28 و 0.26 ديسيبل/سم في 1530, 1550 و 1570 نانومتر على التوالي، كما هو مبين في الشكل 2 (أ).يظهر دليل الموجات LToI المصنعة أداء خسارة منخفضة إلى حد ما مماثلة لأحدث دليل الموجات LNOI [10].
ثم نقوم بتقييم عدم خطية χ (((3) من خلال تحويل طول الموجة الناتج عن عملية خلط الموجات الأربع.
قمنا بتغذية موجة ضوئية من مضخة الموجات المستمرة 1550.0 نانومتر وموجة ضوئية من إشارة 1550.6 نانومتر إلى دليل موجي بطول 12 مم. كما هو مبين في الشكل 2 (ب) ،قوة إشارة موجة الضوء المرتبطة بالمرحلة (العاطلة) تزداد مع زيادة قوة المدخليظهر الرسم البياني في الشكل 2 (ب) طيفًا نموذجيًا للإنتاج لخلط الموجات الأربع. من العلاقة بين قوة المدخل وكفاءة التحويل ،يمكننا تقدير المعلم غير الخطي (γ) ليكون حوالي 11 W-1m
الشكل 3. (أ) صورة المجهر للموجات الصناعية. (ب) طيف الإرسال للموجات الصناعية مع مختلف معايير الفجوة.(ج) قياسات رنين حلقة مع فجوة 1000 نانومتر و أطياف نقل لورنتزية مناسبة
تطبيقها على أجهزة الرنين بالخاتم
بعد ذلك، قمنا بتصنيع رنين حلقات LTOI وتقييم خصائصه. الشكل 3 (أ) يظهر صورة مجهر بصري للرنين الحلقية المصنوعة.جهاز الرنين الحلقية له تشكيل "ممر" يتكون من منطقة منحنية بقطر 100 ميكرو متراً ومنطقة مستقيمة بطول 100 ميكرو متراًيختلف عرض الفجوة بين الحلقة والقلب الموجه بالوجبات في الزيادات من 200 نانومتر، أي 800 و 1000 و 1200 نانومتر. يظهر الشكل 3 (ب) طيف الإرسال لكل فجوة،تظهر أن نسبة الانقراض تختلف مع الفجوةمن هذه الأطياف، قمنا بتحديد أن فجوة 1000 نانومتر توفر ظروف اقتران حرجة تقريباً،نقوم بتقدير عامل الجودة (عامل Q) من خلال تثبيت طيف النقل الخطي من خلال لورنتز، والحصول على عامل Q الداخلي من 1.1 مليون، كما هو مبين في الشكل 3 (ج).قيمة عامل Q التي حصلنا عليها أعلى بكثير من قيمة رنين القرص الصغير LToI المرتبط بالألياف [9]
الاستنتاج
لقد قمنا بتطوير دليل موجي LTOI مع فقدان 0.28 ديسيبل / سم في 1550 نانومتر وقيمة Q من الرنين الحلقية 1.1 مليون.
الأداء الذي تم الحصول عليه يُقارن بأفضل أجهزة توجيه الموجات ذات الخسائر المنخفضة في LNoI.يتم دراسة عدم خطية الموجات LTOI المصنعة في التطبيقات غير الخطية على الشريحة.
* يرجى الاتصال بنا لأي مخاوف حقوق الطبع والنشر، وسوف نعالجها على الفور.
