Laburpena:1550 nm-ko isolatzaileetan oinarritutako litio tantalatoko uhin-gida garatu dugu, 0,28 dB/cm-ko galerarekin eta 1,1 milioi eraztun-erresonagailuaren kalitate-faktorearekin. χ(3) linealtasun ez-linealaren aplikazioa aztertu da fotonika ez-linealean. Isolatzailean (LNoI) litio-niobatoaren abantailek, χ(2) eta χ(3) propietate ez-lineal bikainak erakusten dituztenak muga optiko sendoarekin batera, "isolatzailean" egitura dela eta, aurrerapen garrantzitsuak ekarri ditu uhin-gidaren teknologian ultraazkarrentzako. modulatzaileak eta fotonika ez lineal integratua [1-3]. LNz gain, litio tantalatoa (LT) material fotoniko ez-lineal gisa ere ikertu da. LNrekin alderatuta, LTk kalte optikoen atalase handiagoa eta gardentasun optikoko leiho zabalagoa du [4, 5], nahiz eta bere parametro optikoak, hala nola errefrakzio indizea eta koefiziente ez-linealak, LNren antzekoak izan [6, 7]. Horrela, LToI beste material hautagai sendo gisa nabarmentzen da potentzia optiko handiko aplikazio fotoniko ez-linealetarako. Gainera, LToI gainazaleko uhin akustikoen (SAW) iragazki-gailuetarako lehen materiala bihurtzen ari da, abiadura handiko mugikor eta haririk gabeko teknologietan aplikagarria. Testuinguru honetan, LToI obleak material ohikoagoak bihur daitezke aplikazio fotonikoetarako. Hala ere, gaur arte, LToI-n oinarritutako gailu fotoniko gutxi batzuk baino ez dira jakinarazi, hala nola mikrodiskoen erresonagailuak [8] eta desfase elektro-optikoak [9]. Artikulu honetan, galera baxuko LToI uhin-gida bat eta eraztun-erresonadore batean aplikatzea aurkezten dugu. Gainera, LToI uhin-gidaren χ(3) ezaugarri ez-linealak eskaintzen ditugu.
Funtsezko puntuak:
• 4 hazbete eta 6 hazbeteko LToI obleak eskaintzen ditu, film meheko litio tantalato obleak, 100 nm eta 1500 nm arteko goiko geruzen lodierarekin, etxeko teknologia eta prozesu helduak erabiliz.
• SINOI: galera oso baxuko silizio nitrurozko film meheko obleak.
• SICOI: silizio karburozko film meheko substratu erdi isolatzaileak silizio karburoko zirkuitu integratu fotonikoetarako.
• LTOI: litio-niobato, film meheko litio tantalato obleen lehiakide sendoa.
• LNOI: 8 hazbeteko LNOI eskala handiagoko film meheko litio niobato produktuen ekoizpen masiboa onartzen du.
Isolatzaileen uhin-gidan fabrikazioa:Ikerketa honetan, 4 hazbeteko LToI obleak erabili ditugu. Goiko LT geruza SAW gailuetarako 42° biraturiko Y-cut LT substratu komertziala da, 3 µm-ko lodiera duen oxido termikoko geruza duen Si substratu batekin zuzenean lotzen dena, ebaketa-prozesu adimenduna erabiliz. 1 (a) irudiak LToI oblearen goiko ikuspegia erakusten du, goiko LT geruzaren lodiera 200 nm-koa duena. Goiko LT geruzaren gainazaleko zimurtasuna indar atomikoaren mikroskopia (AFM) erabiliz ebaluatu dugu.
1. irudia.(a) LToI oblearen goiko ikuspegia, (b) Goiko LT geruzaren gainazaleko AFM irudia, (c) Goiko LT geruzaren gainazalaren PFM irudia, (d) LToI uhin-gidaren ebakidura eskematikoa, (e) Oinarrizko TE moduaren profila kalkulatua, eta (f) LToI uhin-gidaren nukleoaren SEM irudia SiO2-ren gaingeruzaren metaketaren aurretik. 1 (b) irudian ikusten den bezala, gainazaleko zimurtasuna 1 nm baino txikiagoa da, eta ez da marradura-lerrorik ikusi. Gainera, goiko LT geruzaren polarizazio-egoera aztertu genuen erantzun piezoelektrikoaren indar-mikroskopia (PFM) erabiliz, 1. irudian (c) irudikatzen den moduan. Lotura-prozesuaren ondoren ere polarizazio uniformea mantendu zela baieztatu genuen.
LToI substratu hau erabiliz, uhin-gida honela fabrikatu dugu. Lehenik eta behin, metalezko maskara geruza bat jarri zen LT-aren ondorengo lehorrean grabatzeko. Ondoren, elektroi-sorta (EB) litografia egin zen metalezko maskara geruzaren gainean uhin-gidaren nukleoaren eredua definitzeko. Ondoren, EB erresistentzia eredua metalezko maskara geruzara transferitu dugu grabaketa lehorren bidez. Ondoren, LToI uhin-gidaren nukleoa eratu zen elektroi ziklotroi erresonantzia (ECR) plasma bidezko grabaketa erabiliz. Azkenik, metalezko maskara geruza prozesu heze baten bidez kendu zen, eta SiO2 gaingeruza bat jarri zen plasma bidez hobetutako lurrun-deposizio kimikoa erabiliz. 1. irudiak (d) LToI uhin-gidaren ebakidura eskematikoa erakusten du. Nukleoaren altuera osoa, plakaren altuera eta nukleoaren zabalera 200 nm, 100 nm eta 1000 nm dira, hurrenez hurren. Kontuan izan nukleoaren zabalera 3 µm-ra hedatzen dela uhin-gidaren ertzean zuntz optikoko akoplamendurako.
1. irudiak (e) oinarrizko zeharkako elektrikoaren (TE) moduaren intentsitate optikoaren banaketa kalkulatua erakusten du 1550 nm-tan. 1. irudiak (f) LToI uhin-gidaren nukleoaren ekorketa-mikroskopio elektronikoaren (SEM) irudia erakusten du SiO2 gaingeruzaren deposizioaren aurretik.
Uhin-gidaren ezaugarriak:Lehenik eta behin, galera linealaren ezaugarriak ebaluatu genituen 1550 nm-ko uhin-luzera anplifikatutako bat-bateko igorpen iturri batetik TE polarizatutako argia luzera ezberdinetako LToI uhin-gidatan sartuz. Hedapen-galera uhin-gidaren luzeraren eta uhin-luzera bakoitzean transmisioaren arteko erlazioaren maldatik lortu da. Neurtutako hedapen-galerak 0,32, 0,28 eta 0,26 dB/cm-koak izan ziren 1530, 1550 eta 1570 nm-tan, hurrenez hurren, 2 (a) irudian erakusten den moduan. Fabrikatutako LToI uhin-gidak galera baxuko errendimendu konparagarria erakutsi zuten puntako LNoI uhin-gidarekin [10].
Jarraian, χ(3) ez-linealtasuna ebaluatu dugu lau uhinen nahasketa-prozesu batek sortutako uhin-luzeraren konbertsioaren bidez. 1550.0 nm-ko uhin-ponpa-argi jarraitua eta 1550.6 nm-ko seinale-argia 12 mm-ko luzera duen uhin-gida batean sartzen ditugu. 2 (b) irudian ikusten den bezala, fase-konjugatua (idler) argi-uhinaren seinalearen intentsitatea handitu egin zen sarrerako potentzia handituz. 2 (b) irudiko txertaketak lau uhinen nahastearen irteerako espektro tipikoa erakusten du. Sarrerako potentziaren eta bihurtze-eraginkortasunaren arteko erlaziotik, parametro ez-lineala (γ) gutxi gorabehera 11 W^-1m dela kalkulatu dugu.
3. irudia.(a) Eraztun-erresonadorearen mikroskopio-irudia. (b) Eraztun-erresonadorearen transmisio-espektroak hutsune-parametro ezberdinekin. (c) Eraztun-erresonadorearen transmisio-espektro neurtua eta lorentzian egokitua, 1000 nm-ko hutsunearekin.
Ondoren, LToI eraztun-erresonadore bat fabrikatu genuen eta bere ezaugarriak ebaluatu genituen. 3 (a) irudiak fabrikatutako eraztun-erresonadorearen mikroskopio optikoaren irudia erakusten du. Eraztun-erresonatzaileak "lasterketa-pista" konfigurazioa du, 100 µm-ko erradioa duen eskualde kurbatu batez eta 100 µm-ko luzera duen eskualde zuzen batez osatua. Eraztunaren eta autobusaren uhin-gidaren nukleoaren arteko tartearen zabalera 200 nm-ko gehikuntzan aldatzen da, zehazki 800, 1000 eta 1200 nm-tan. 3. irudiak (b) hutsune bakoitzaren transmisio-espektroak erakusten ditu, desagertze-erlazioa hutsunearen tamainarekin aldatzen dela adieraziz. Espektro horietatik, 1000 nm-ko hutsuneak akoplamendu-baldintza ia kritikoak eskaintzen dituela zehaztu dugu, -26 dB-ko desagertze-ratio handiena erakusten baitu.
Kritikoki akoplatutako erresonagailua erabiliz, kalitate-faktorea (Q faktorea) kalkulatu dugu transmisio-espektro lineala kurba lorentziar batekin egokituz, 1,1 milioiko Q-faktorea barne bat lortuz, 3 (c) irudian ikusten den moduan. Dakigunez, hau da uhin-gidari akoplatutako LToI eraztun-erresonagailuaren lehen erakustaldia. Nabarmentzekoa, lortu dugun Q faktorearen balioa zuntzekin akoplatutako LToI mikrodisko erresonatzaileena baino nabarmen handiagoa da [9].
Ondorioa:LToI uhin-gida bat garatu dugu 1550 nm-tan 0,28 dB/cm-ko galerarekin eta 1,1 milioiko eraztun erresonatzaile Q faktorea. Lortutako errendimendua galera txikiko LNoI uhin-gidaren punta-puntakoaren parekoa da. Gainera, fabrikatutako LToI uhin-gidaren χ(3) linealtasun ez-linealtasuna ikertu dugu txiparen aplikazio ez-linealetarako.
Argitalpenaren ordua: 2024-11-20