Laburpena:1550 nm-ko isolatzailean oinarritutako litio tantalatozko uhin-gida bat garatu dugu, 0,28 dB/cm-ko galerarekin eta 1,1 milioiko eraztun-erresonadorearen kalitate-faktorea duena. χ(3) ez-linealtasunaren aplikazioa fotonika ez-linealean aztertu da. Litio niobatoaren isolatzailearen (LNoI) abantailak, χ(2) eta χ(3) propietate ez-lineal bikainak erakusten dituenak, "isolatzailea gainean" duen egiturari esker konfinamendu optiko sendoarekin batera, aurrerapen nabarmenak ekarri dituzte modulatzaile ultraazkarrei eta fotonika ez-lineal integratuei buruzko uhin-gidaren teknologian [1-3]. LNz gain, litio tantalatoa (LT) ere ikertu da material fotoniko ez-lineal gisa. LNrekin alderatuta, LT-k kalte optikoen atalase handiagoa eta gardentasun optikoen leiho zabalagoa ditu [4, 5], nahiz eta bere parametro optikoak, hala nola errefrakzio-indizea eta koefiziente ez-linealak, LNren antzekoak diren [6, 7]. Horrela, LToI nabarmentzen da potentzia optiko handiko aplikazio fotoniko ez-linealetarako beste hautagai material sendo gisa. Gainera, LToI gainazaleko uhin akustikoen (SAW) iragazki gailuetarako material nagusi bihurtzen ari da, abiadura handiko mugikorretan eta haririk gabeko teknologietan aplikagarria. Testuinguru honetan, LToI obleak material ohikoagoak izan daitezke aplikazio fotonikoetarako. Hala ere, gaur egun arte, LToI-n oinarritutako gailu fotoniko gutxi batzuk baino ez dira jakinarazi, hala nola mikrodisko erresonadoreak [8] eta fase-aldatzaile elektro-optikoak [9]. Artikulu honetan, galera txikiko LToI uhin-gida bat eta bere aplikazioa eraztun-erresonadore batean aurkezten ditugu. Horrez gain, LToI uhin-gidaren χ(3) ezaugarri ez-linealak eskaintzen ditugu.
Puntu nagusiak:
• 4 hazbetetik 6 hazbeterako LToI obleak, litio tantalatozko film meheko obleak, 100 nm eta 1500 nm arteko goiko geruzaren lodierarekin, bertako teknologia eta prozesu helduak erabiliz.
• SINOI: Galera ultra-baxuko silizio nitrurozko film meheko obleak.
• SICOI: Silizio karburozko zirkuitu integratu fotonikoetarako purutasun handiko erdi-isolatzaile silizio karburozko film meheko substratuak.
• LTOI: Litio niobatozko eta litio tantalatozko film meheko obleten lehiakide sendoa.
• LNOI: 8 hazbeteko LNOI, eskala handiko film meheko litio niobato produktuen ekoizpen masiboa onartzen duena.
Isolatzaileen uhin-gidan fabrikazioa:Ikerketa honetan, 4 hazbeteko LToI obleak erabili ditugu. Goiko LT geruza SAW gailuetarako 42° biratutako Y ebakidura duen LT substratu komertzial bat da, 3 µm-ko lodierako oxido termiko geruza batekin Si substratu bati zuzenean lotuta dagoena, ebaketa prozesu adimendun bat erabiliz. 1(a) irudiak LToI oblearen goiko ikuspegia erakusten du, goiko LT geruzaren 200 nm-ko lodierarekin. Goiko LT geruzaren gainazaleko zimurtasuna mikroskopia atomikoa (AFM) erabiliz ebaluatu dugu.
1. irudia.(a) LToI oblearen goiko ikuspegia, (b) Goiko LT geruzaren gainazalaren AFM irudia, (c) Goiko LT geruzaren gainazalaren PFM irudia, (d) LToI uhin-gidaren zeharkako ebakidura eskematikoa, (e) Kalkulatutako oinarrizko TE moduaren profila, eta (f) LToI uhin-gidaren nukleoaren SEM irudia SiO2 gainazala deposatu aurretik. 1 (b) irudian erakusten den bezala, gainazalaren zimurtasuna 1 nm baino txikiagoa da, eta ez da marradura-lerrorik ikusi. Horrez gain, goiko LT geruzaren polarizazio-egoera aztertu genuen piezoelektriko erantzun-indar mikroskopia (PFM) erabiliz, 1 (c) irudian agertzen den bezala. Baieztatu genuen polarizazio uniformea mantentzen zela lotura-prozesuaren ondoren ere.
LToI substratu hau erabiliz, uhin-gida honela fabrikatu genuen. Lehenik, metalezko maskara geruza bat metatu zen LT-aren ondorengo grabatu lehorrerako. Ondoren, elektroi-izpi (EB) litografia egin zen metalezko maskara geruzaren gainean uhin-gidaren nukleo-eredua definitzeko. Ondoren, EB erresistentzia-eredua metalezko maskara geruzara transferitu genuen grabatu lehorrean. Ondoren, LToI uhin-gidaren nukleoa elektroi-ziklotroi erresonantzia (ECR) plasma grabatuz eratu zen. Azkenik, metalezko maskara geruza prozesu heze baten bidez kendu zen, eta SiO2 gain-geruza bat metatu zen plasma bidezko lurrun-deposizio kimikoa erabiliz. 1 (d) irudiak LToI uhin-gidaren zeharkako sekzio 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 zabaltzen dela uhin-gidaren ertzean zuntz optikoaren akoplamendurako.
1 (e) irudiak oinarrizko zeharkako modu elektrikoaren (TE) intentsitate optikoaren kalkulatutako banaketa erakusten du 1550 nm-tan. 1 (f) irudiak LToI uhin-gidaren nukleoaren eskaneatze-mikroskopio elektronikoaren (SEM) irudia erakusten du SiO2 gainjartzea jarri aurretik.
Uhin-gidaren ezaugarriak:Lehenik eta behin, galera linealaren ezaugarriak ebaluatu genituen, 1550 nm-ko uhin-luzera anplifikatutako igorpen espontaneoko iturri batetik datorren TE polarizazioko argia luzera desberdineko LToI uhin-gidetan sartuz. Hedapen-galera uhin-gidaren luzeraren eta transmisioaren arteko erlazioaren maldatik lortu zen uhin-luzera bakoitzean. Neurtutako hedapen-galerak 0,32, 0,28 eta 0,26 dB/cm izan ziren 1530, 1550 eta 1570 nm-tan, hurrenez hurren, 2 (a) irudian erakusten den bezala. Fabrikatutako LToI uhin-gidek LNoI uhin-giden galera baxuko errendimendu konparagarria erakutsi zuten [10].
Ondoren, χ(3) ez-linealtasuna ebaluatu genuen lau uhineko nahasketa-prozesu batek sortutako uhin-luzeraren bihurketaren bidez. 1550.0 nm-tan uhin-ponpa jarraiko argi bat eta 1550.6 nm-tan seinale-argi bat sartu genituen 12 mm-ko luzera duen uhin-gida batean. 2 (b) irudian erakusten den bezala, fase-konjugatutako (idler) argi-uhinaren seinalearen intentsitatea handitu egiten zen sarrera-potentzia handitu ahala. 2 (b) irudiko txertaketak lau uhineko nahasketaren irteera-espektro tipikoa erakusten du. Sarrera-potentziaren eta bihurketa-eraginkortasunaren arteko erlaziotik abiatuta, parametro ez-lineala (γ) gutxi gorabehera 11 W^-1m dela kalkulatu genuen.
3. irudia.(a) Fabrikatutako eraztun-erresonadorearen mikroskopio-irudia. (b) Eraztun-erresonadorearen transmisio-espektroak, tarte-parametro desberdinekin. (c) Eraztun-erresonadorearen transmisio-espektro neurtua eta Lorentziar bidez egokitua, 1000 nm-ko tartearekin.
Ondoren, LToI eraztun-erresonadore bat fabrikatu eta bere ezaugarriak ebaluatu genituen. 3 (a) irudiak fabrikatutako eraztun-erresonadorearen mikroskopio optikoaren irudia erakusten du. Eraztun-erresonadoreak "lasterketa-pista" konfigurazioa du, 100 µm-ko erradioa duen eskualde kurbatu batez eta 100 µm-ko luzera duen eskualde zuzen batez osatua. Eraztunaren eta bus uhin-gidaren nukleoaren arteko tartearen zabalera 200 nm-ko gehikuntzetan aldatzen da, zehazki 800, 1000 eta 1200 nm-tan. 3 (b) irudiak tarte bakoitzerako transmisio-espektroak erakusten ditu, itzaltze-erlazioa tartearen tamainarekin aldatzen dela adieraziz. Espektro hauetatik abiatuta, zehaztu genuen 1000 nm-ko tarteak akoplamendu-baldintza ia kritikoak eskaintzen dituela, -26 dB-ko itzaltze-erlaziorik altuena erakusten baitu.
Kritikoki akoplatutako erresonadorea erabiliz, kalitate faktorea (Q faktorea) kalkulatu genuen transmisio linealaren espektroa Lorentziar kurba batekin egokituz, 1,1 milioiko barne Q faktorea lortuz, 3 (c) irudian erakusten den bezala. Dakigunez, hau da uhin-gida akoplatutako LToI eraztun erresonadore baten lehen erakustaldia. Aipagarria da lortu dugun Q faktorearen balioa zuntz bidez akoplatutako LToI mikrodisko erresonadoreena baino nabarmen handiagoa dela [9].
Ondorioa:1550 nm-tan 0,28 dB/cm-ko galera eta 1,1 milioiko eraztun-erresonadorearen Q faktorea dituen LToI uhin-gida bat garatu dugu. Lortutako errendimendua punta-puntako galera txikiko LNoI uhin-giden parekoa da. Horrez gain, fabrikatutako LToI uhin-gidaren χ(3) ez-linealtasuna ikertu dugu txipean integratutako aplikazio ez-linealetarako.
Argitaratze data: 2024ko azaroaren 20a