Abstract:Avemu sviluppatu una guida d'onda di tantalate di litiu basata in insulator 1550 nm cù una perdita di 0.28 dB / cm è un fattore di qualità di risonatore di ring di 1.1 milioni. L'applicazione di a non-linearità χ(3) in a fotonica non lineare hè stata studiata. Les avantages du niobate de lithium sur l'isolant (LNoI), qui présente des propriétés non linéaires excellentes χ(2) et χ(3) ainsi qu'un fort confinement optique grâce à sa structure "isolant-on", ont conduit à des avancées significatives dans la technologie des guides d'onde pour les ultrarapides. modulatori e fotonica non lineare integrata [1-3]. In più di LN, u tantalate di lithium (LT) hè statu ancu investigatu cum'è materiale fotonicu non lineale. Comparatu à LN, LT hà un sogliu di dannu otticu più altu è una finestra di trasparenza ottica più larga [4, 5], anche se i so parametri ottici, cum'è l'indice di rifrazione è i coefficienti non lineari, sò simili à quelli di LN [6, 7]. Cusì, LToI si distingue cum'è un altru materiale candidatu forte per l'applicazioni fotoniche non lineari di alta putenza ottica. Inoltre, LToI hè diventatu un materiale primariu per i dispositivi di filtru d'onda acustica di superficie (SAW), applicabile in tecnulugia mobile è wireless d'alta velocità. In questu cuntestu, i wafers LToI ponu diventà materiali più cumuni per l'applicazioni fotoniche. Tuttavia, finu à a data, sò stati rappurtati solu uni pochi di dispusitivi fotonici basati in LToI, cum'è i resonatori di microdischi [8] è i shifters elettro-ottici [9]. In questu articulu, prisentamu una guida d'onda LToI à bassa perdita è a so applicazione in un resonator à anello. De plus, nous fournissons les caractéristiques non linéaires χ(3) du guide d'onde LToI.
Punti chjave:
• Offrendu 4-inch à 6-inch LToI wafers, thin-film lithium tantalate wafers, cù grossi di strati superiore chì varieghja da 100 nm à 1500 nm, utilizendu tecnulugia domestica è prucessi maturi.
• SINOI: Ultra-bassa perdita di nitruru di silicium wafers thin-film.
• SICOI : Sustrati di carburu di siliciu di alta purezza semi-insulanti per i circuiti integrati fotonici di carburu di silicium.
• LTOI: Un forte cuncurrente à niobate di lithium, wafers di tantalate di lithium-film thin-film.
• LNOI: 8-inch LNOI chì sustene a pruduzzione di massa di prudutti di niobate di lithium in thin-scale più grande.
Produzione su guide d'onda isolanti:In questu studiu, avemu utilizatu wafers LToI di 4 inch. U sustratu LT superiore hè un sustrato LT rotativu in Y-cut à 42 ° per i dispositi SAW, chì hè direttamente ligatu à un sustrato Si cun un stratu d'ossidu termale di 3 µm di spessore, utilizendu un prucessu di taglio intelligente. A Figura 1 (a) mostra una vista superiore di u wafer LToI, cù u spessore di a capa superiore LT di 200 nm. Avemu valutatu a rugosità di a superficia di a capa superiore LT utilizendu a microscopia di forza atomica (AFM).
Figura 1.(a) Vista superiore di u wafer LToI, (b) Image AFM di a superficia di a capa superiore LT, (c) Image PFM di a superficia di a capa superiore LT, (d) Sezione trasversale schematica di a guida d'onda LToI, (e) U prufilu di modu TE fundamentale calculatu, è (f) L'immagine SEM di u core di guida d'onda LToI prima di a deposizione di strata di SiO2. Comu mostra in a Figura 1 (b), a rugosità di a superficia hè menu di 1 nm, è ùn sò micca osservati linee di scratch. Inoltre, avemu esaminatu u statu di polarizazione di a capa superiore LT utilizendu a microscopia di forza di risposta piezoelettrica (PFM), cum'è illustratu in a Figura 1 (c). Avemu cunfirmatu chì a polarizazione uniforme hè stata mantinuta ancu dopu à u prucessu di bonding.
Utilizendu stu sustrato LToI, avemu fattu a guida d'onda cum'è seguita. Prima, una capa di maschera di metallu hè stata dipositata per a successiva incisione secca di u LT. Dopu, a litografia di u fasciu di elettroni (EB) hè stata realizata per definisce u mudellu di core di a guida d'onda sopra a capa di maschera di metallo. In seguitu, avemu trasferitu u mudellu di resistenza EB à a capa di maschera di metallo via incisione secca. Dopu, u core di guida d'onda LToI hè statu furmatu cù l'incisione di plasma di risonanza di ciclotroni elettroni (ECR). Infine, a capa di maschera di metallu hè stata sguassata attraversu un prucessu umitu, è una strata di SiO2 hè stata dipositata utilizendu a deposizione di vapore chimica aumentata di plasma. A Figura 1 (d) mostra a sezione trasversale schematica di a guida d'onda LToI. L'altezza totale di u core, l'altezza di a piastra è a larghezza di u core sò rispettivamente di 200 nm, 100 nm è 1000 nm. Si noti che la larghezza del nucleo si espande a 3 µm al bordo della guida d'onda per l'accoppiamento di fibre ottiche.
A figura 1 (e) mostra a distribuzione di l'intensità ottica calculata di u modu elettricu trasversale fundamentale (TE) à 1550 nm. A Figura 1 (f) mostra l'imaghjini di u microscopiu elettronicu à scanning (SEM) di u core di guida d'onda LToI prima di a deposizione di a superposizione di SiO2.
Caratteristiche di guida d'onda:Prima avemu valutatu e caratteristiche di perdita lineari inserendu luce polarizzata TE da una fonte di emissione spontanea amplificata di lunghezza d'onda di 1550 nm in guide d'onda LToI di lunghezze variate. A perdita di propagazione hè stata ottenuta da a pendenza di a relazione trà a lunghezza di a guida d'onda è a trasmissione à ogni lunghezza d'onda. I perditi di propagazione misurati eranu 0,32, 0,28 è 0,26 dB / cm à 1530, 1550 è 1570 nm, rispettivamente, cum'è mostra in Figura 2 (a). Le guide d'onda LToI fabbricate mostravano prestazioni a bassa perdita paragonabili alle guide d'onda LNoI all'avanguardia [10].
Ensuite, nous avons évalué la non-linéarité χ(3) grâce à la conversion de longueur d'onde générée par un processus de mélange à quatre ondes. Ingressu una luce di pompa d'onda continua à 1550.0 nm è una luce di signale à 1550.6 nm in una guida d'onda di 12 mm di lunghezza. Cum'è mostra in a Figura 2 (b), l'intensità di u signale di l'onda luminosa in fase-conjugate (idler) aumentava cù l'aumentu di a putenza di input. L'inseritu in a Figura 2 (b) mostra u spettru tipicu di output di u mischju di quattru onde. Da a relazione trà a putenza di input è l'efficienza di cunversione, avemu stimatu u paràmetru non-linear (γ) à circa 11 W^-1m.
Figura 3.(a) L'imaghjini di u microscopiu di u risonatore anellu fabbricatu. (b) Spettri di trasmissione di u risonatore di l'anellu cù diversi parametri di gap. (c) Spettru di trasmissione misuratu è adattatu Lorentzian di u risonatore di l'anellu cù una distanza di 1000 nm.
Dopu, avemu fabricatu un resonator anellu LToI è evaluate e so caratteristiche. A Figura 3 (a) mostra l'imaghjini di u microscopiu otticu di u risonatore d'anellu fabbricatu. U ring resonator presenta una cunfigurazione "racetrack", custituita da una regione curva cù un raghju di 100 µm è una regione dritta di 100 µm di lunghezza. A larghezza di intervallu trà l'anellu è u core di a guida d'onda di bus varia in incrementi di 200 nm, in particulare à 800, 1000 è 1200 nm. A Figura 3 (b) mostra i spettri di trasmissione per ogni gap, chì indicanu chì u rapportu di estinzione cambia cù a dimensione di u gap. Da questi spettri, avemu determinatu chì u gap 1000 nm furnisce cundizioni di accoppiamentu quasi critichi, postu chì mostra u più altu rapportu di estinzione di -26 dB.
Utilizendu u risonatore criticamente accoppiatu, avemu stimatu u fattore di qualità (fattore Q) affissendu u spettru di trasmissione lineale cù una curva Lorentziana, ottenendu un fattore Q internu di 1,1 milioni, cum'è mostra in Figura 3 (c). À a nostra cunniscenza, questa hè a prima dimostrazione di un risonatore d'anellu LToI accoppiatu à guida d'onda. In particulare, u valore di u fattore Q chì avemu ottenutu hè significativamente più altu ch'è quellu di i risonatori di microdischi LToI accoppiati in fibra [9].
Conclusioni:Avemu sviluppatu una guida d'onda LToI cù una perdita di 0,28 dB/cm à 1550 nm è un fattore Q di risonatore in anello di 1,1 milioni. Le prestazioni ottenute sono paragonabili a quelle di guide d'onda LNoI di ultima generazione a bassa perdita. Inoltre, avemu investigatu a non-linearità χ (3) di a guida d'onda LToI fabbricata per applicazioni non lineari in chip.
Tempu di Postu: Nov-20-2024