වියුක්ත:අපි 0.28 dB/cm අලාභයක් සහ මිලියන 1.1 ක ring resonator තත්ත්ව සාධකයක් සහිත 1550 nm පරිවාරක මත පදනම් වූ ලිතියම් ටැන්ටලේට් තරංග මාර්ගෝපදේශයක් නිපදවා ඇත. රේඛීය නොවන ෆෝටෝනික්ස් හි χ(3) රේඛීය නොවන යෙදුම අධ්‍යයනය කර ඇත. Lithium niobate on insulator (LNoI) හි ඇති වාසි, එහි "පරිවාරකය ක්‍රියාත්මක" ව්‍යුහය හේතුවෙන් ප්‍රබල දෘශ්‍ය සීමා සහිතව විශිෂ්ට χ(2) සහ χ(3) රේඛීය නොවන ගුණාංග ප්‍රදර්ශනය කරයි, අති වේගවත් සඳහා තරංග මාර්ගෝපදේශ තාක්ෂණයේ සැලකිය යුතු දියුණුවක් ඇති කර ඇත. මොඩියුලේටර් සහ ඒකාබද්ධ රේඛීය නොවන ෆෝටෝනික්ස් [1-3]. LN වලට අමතරව, ලිතියම් ටැන්ටලේට් (LT) ද රේඛීය නොවන ෆෝටෝනික් ද්රව්යයක් ලෙස විමර්ශනය කර ඇත. LN හා සසඳන විට, LT හට ඉහළ දෘශ්‍ය හානි සීමාවක් සහ පුළුල් දෘශ්‍ය විනිවිදභාවය කවුළුවක් ඇත [4, 5], නමුත් එහි වර්තන දර්ශකය සහ රේඛීය නොවන සංගුණක වැනි දෘශ්‍ය පරාමිතීන් LN [6, 7] වලට සමාන වේ. මේ අනුව, LToI ඉහළ දෘශ්‍ය බල රේඛීය නොවන ෆෝටෝනික් යෙදුම් සඳහා තවත් ශක්තිමත් අපේක්ෂක ද්රව්යයක් ලෙස කැපී පෙනේ. එපමනක් නොව, LToI අධිවේගී ජංගම සහ රැහැන් රහිත තාක්ෂණයන් සඳහා අදාළ වන මතුපිට ධ්වනි තරංග (SAW) පෙරහන් උපාංග සඳහා මූලික ද්රව්යයක් බවට පත්වෙමින් තිබේ. මෙම සන්දර්භය තුළ, LToI වේෆර් ෆෝටෝනික් යෙදුම් සඳහා වඩාත් පොදු ද්‍රව්‍ය බවට පත්විය හැකිය. කෙසේ වෙතත්, අද වන විට, මයික්‍රොඩිස්ක් අනුනාදක [8] සහ විද්‍යුත් දෘෂ්‍ය ෆේස් ෂිෆ්ටර් [9] වැනි LToI මත පදනම් වූ ඡායාරූප උපාංග කිහිපයක් පමණක් වාර්තා වී ඇත. මෙම ලිපියෙහි, අපි අඩු පාඩු LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයක් සහ එහි යෙදුම ring resonator එකක් තුළ ඉදිරිපත් කරමු. අතිරේකව, අපි LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයේ χ(3) රේඛීය නොවන ලක්ෂණ සපයන්නෙමු.
ප්රධාන කරුණු:
• අඟල් 4 සිට අඟල් 6 දක්වා LToI වේෆර්, තුනී පටල ලිතියම් ටැන්ටලේට් වේෆර්, ඉහළ ස්ථරයේ ඝනකම 100 nm සිට 1500 nm දක්වා, දේශීය තාක්ෂණය සහ පරිණත ක්‍රියාවලීන් භාවිතා කිරීම.
• SINOI: Ultra-low loss silicon nitride thin-film Wafers.
• SICOI: සිලිකන් කාබයිඩ් ෆෝටෝනික් ඒකාබද්ධ පරිපථ සඳහා අධි-පිරිසිදු අර්ධ පරිවාරක සිලිකන් කාබයිඩ් තුනී පටල උපස්ථර.
• LTOI: ලිතියම් නියෝබේට්, තුනී පටල ලිතියම් ටැන්ටලේට් වේෆර් සඳහා ප්‍රබල තරඟකරුවෙකි.
• LNOI: අඟල් 8 LNOI විශාල පරිමාණයේ තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් නිෂ්පාදන විශාල වශයෙන් නිෂ්පාදනය කිරීමට සහාය වේ.
පරිවාරක තරංග මාර්ගෝපදේශ මත නිෂ්පාදනය:මෙම අධ්‍යයනයේ දී, අපි අඟල් 4 LToI වේෆර් භාවිතා කළෙමු. ඉහළ LT ස්ථරය SAW උපාංග සඳහා වාණිජමය 42° භ්‍රමණය වන Y-කට් LT උපස්ථරයකි, එය 3 µm ඝන තාප ඔක්සයිඩ් ස්ථරයක් සහිත Si උපස්ථරයකට සෘජුවම බන්ධනය වී ඇති අතර එය දක්ෂ කැපුම් ක්‍රියාවලියක් භාවිතා කරයි. රූප සටහන 1(a) මඟින් LToI වේෆරයේ ඉහළ දසුනක් පෙන්නුම් කරයි, ඉහළ LT ස්ථරයේ ඝණකම 200 nm වේ. අපි පරමාණු බල අන්වීක්ෂය (AFM) භාවිතයෙන් ඉහළ LT ස්ථරයේ මතුපිට රළුබව තක්සේරු කළෙමු.
රූපය 1.(a) LToI වේෆරයේ ඉහළ දසුන, (b) ඉහළ LT ස්ථරයේ මතුපිට AFM රූපය, (c) ඉහළ LT ස්ථරයේ මතුපිට PFM රූපය, (d) LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයේ ක්‍රමානුකූල හරස්කඩ, (ඉ) ගණනය කරන ලද මූලික TE මාදිලියේ පැතිකඩ, සහ (f) SiO2 අධිස්ථර තැන්පත් වීමට පෙර LToI තරංග මාර්ගෝපදේශ හරයේ SEM රූපය. රූප සටහන 1 (b) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, මතුපිට රළුබව 1 nm ට වඩා අඩු වන අතර, සීරීම් රේඛා නිරීක්ෂණය නොකළේය. අතිරේකව, අපි රූප සටහන 1 (c) හි දැක්වෙන පරිදි, piezoelectric ප්‍රතිචාර බල අන්වීක්ෂය (PFM) භාවිතයෙන් ඉහළ LT ස්ථරයේ ධ්‍රැවීකරණ තත්ත්වය පරීක්ෂා කළෙමු. බන්ධන ක්‍රියාවලියෙන් පසුවත් ඒකාකාරී ධ්‍රැවීකරණය පවත්වා ගෙන ගිය බව අපි තහවුරු කළා.
මෙම LToI උපස්ථරය භාවිතා කරමින්, අපි තරංග මාර්ගෝපදේශය පහත පරිදි සකස් කළෙමු. පළමුව, LT හි පසුව වියළි කැටයම් කිරීම සඳහා ලෝහ ආවරණ තට්ටුවක් තැන්පත් කරන ලදී. ඉන්පසුව, ලෝහ ආවරණ ස්ථරයට ඉහලින් ඇති තරංග මාර්ගෝපදේශක හර රටාව නිර්වචනය කිරීම සඳහා ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භ (EB) ලිතෝග්‍රැෆි සිදු කරන ලදී. ඊළඟට, අපි EB ප්‍රතිරෝධක රටාව වියළි කැටයම් කිරීම හරහා ලෝහ ආවරණ ස්ථරයට මාරු කළෙමු. ඉන් පසුව, ඉලෙක්ට්‍රෝන සයික්ලොට්‍රෝන අනුනාද (ECR) ප්ලාස්මා කැටයම් භාවිතයෙන් LToI තරංග මාර්ගෝපදේශ හරය සාදන ලදී. අවසාන වශයෙන්, තෙත් ක්‍රියාවලියක් හරහා ලෝහ ආවරණ ස්ථරය ඉවත් කරන ලද අතර, ප්ලාස්මා වැඩි දියුණු කරන ලද රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම භාවිතා කර SiO2 අධි ස්ථරයක් තැන්පත් කරන ලදී. රූප සටහන 1 (d) මඟින් LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයේ ක්‍රමානුකුල හරස්කඩ පෙන්වයි. සම්පූර්ණ හරය උස, තහඩු උස සහ හරයේ පළල පිළිවෙලින් 200 nm, 100 nm සහ 1000 nm වේ. ඔප්ටිකල් තන්තු සම්බන්ධ කිරීම සඳහා තරංග මායිමේ දාරයේ හරයේ පළල 3 µm දක්වා විහිදෙන බව සලකන්න.
1550 nm හි මූලික තීර්යක් විද්‍යුත් (TE) මාදිලියේ ගණනය කළ දෘශ්‍ය තීව්‍රතා ව්‍යාප්තිය රූප සටහන 1 (e) මඟින් පෙන්වයි. Figure 1 (f) මගින් SiO2 උඩ තට්ටුවේ තැන්පත් වීමට පෙර LToI තරංග මාර්ගෝපදේශ හරයේ ස්කෑනිං ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂ (SEM) රූපය පෙන්වයි.
තරංග මාර්ගෝපදේශක ලක්ෂණ:1550 nm තරංග ආයාමයකින් විස්තාරණය කරන ලද ස්වයංසිද්ධ විමෝචන ප්‍රභවයකින් TE-ධ්‍රැවීකරණය වූ ආලෝකය විවිධ දිගින් යුත් LToI තරංග මාර්ගෝපදේශ වෙත ආදානය කිරීමෙන් අපි මුලින්ම රේඛීය අලාභ ලක්ෂණ ඇගයීමට ලක් කළෙමු. එක් එක් තරංග ආයාමයේදී තරංග මාර්ගෝපදේශ දිග සහ සම්ප්‍රේෂණය අතර සම්බන්ධතාවයේ බෑවුමෙන් ප්‍රචාරණ පාඩුව ලබා ගන්නා ලදී. මනින ලද ප්‍රචාරණ පාඩු 0.32, 0.28, සහ 0.26 dB/cm ලෙස 1530, 1550 සහ 1570 nm වලදී, රූප සටහන 2 (a) හි පෙන්වා ඇත. නිර්මාණය කරන ලද LToI තරංග මාර්ගෝපදේශ, අති නවීන LNoI තරංග මාර්ගෝපදේශවලට සාපේක්ෂව අඩු පාඩු කාර්ය සාධනයක් පෙන්නුම් කරයි [10].
මීළඟට, තරංග හතරක මිශ්‍ර කිරීමේ ක්‍රියාවලියක් මඟින් ජනනය කරන ලද තරංග ආයාම පරිවර්තනය හරහා අපි χ(3) රේඛීය නොවන බව තක්සේරු කළෙමු. අපි 1550.0 nm හි අඛණ්ඩ තරංග පොම්ප ආලෝකයක් සහ 1550.6 nm හි සංඥා ආලෝකයක් 12 mm දිග තරංග මාර්ගෝපදේශයකට ඇතුල් කරන්නෙමු. රූප සටහන 2 (b) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ආදාන බලය වැඩි වීමත් සමඟ අදියර-සංයුජ (idler) ආලෝක තරංග සංඥා තීව්‍රතාවය වැඩි විය. රූප සටහන 2 (b) හි ඇතුළත් කිරීම තරංග හතරේ මිශ්‍රණයේ සාමාන්‍ය ප්‍රතිදාන වර්ණාවලිය පෙන්වයි. ආදාන බලය සහ පරිවර්තන කාර්යක්ෂමතාව අතර සම්බන්ධය අනුව, අපි රේඛීය නොවන පරාමිතිය (γ) ආසන්න වශයෙන් 11 W^-1m ලෙස තක්සේරු කළෙමු.
රූපය 3.(අ) සාදන ලද මුදු අනුනාදකයේ අන්වීක්ෂ රූපය. (b) විවිධ පරතරය පරාමිතීන් සහිත මුදු අනුනාදකයේ සම්ප්‍රේෂණ වර්ණාවලිය. (ඇ) 1000 nm හි පරතරයක් සහිත මුදු අනුනාදකයේ මනින ලද සහ Lorentzian සවි කර ඇති සම්ප්‍රේෂණ වර්ණාවලිය.
ඊළඟට, අපි LToI ring resonator එකක් සාදා එහි ලක්ෂණ ඇගයීමට ලක් කළෙමු. රූප සටහන 3 (a) මඟින් සාදන ලද මුදු අනුනාදකයේ දෘශ්‍ය අන්වීක්ෂ රූපය පෙන්වයි. 100 µm ක අරයක් සහ 100 µm දිග සෘජු කලාපයක් සහිත වක්‍ර කලාපයකින් සමන්විත ring resonator "ධාවන ධාවන පථ" වින්‍යාසයකින් සමන්විත වේ. වළල්ල සහ බස් තරංග මාර්ගෝපදේශ හරය අතර පරතරය පළල 200 nm වර්ධක වලින් වෙනස් වේ, විශේෂයෙන් 800, 1000 සහ 1200 nm. රූප සටහන 3 (b) හි එක් එක් පරතරය සඳහා සම්ප්‍රේෂණ වර්ණාවලි පෙන්වයි, පරතරය ප්‍රමාණය සමඟ වඳවීමේ අනුපාතය වෙනස් වන බව පෙන්නුම් කරයි. මෙම වර්ණාවලි වලින්, 1000 nm පරතරය -26 dB හි ඉහළම වඳවීමේ අනුපාතය ප්‍රදර්ශනය කරන බැවින්, ආසන්න වශයෙන් තීරනාත්මක සම්බන්ධක කොන්දේසි සපයන බව අපි තීරණය කළෙමු.
විවේචනාත්මකව සම්බන්ධිත අනුනාදකය භාවිතා කරමින්, රූප සටහන 3 (c) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, 1.1 මිලියනයක අභ්‍යන්තර Q සාධකයක් ලබා ගනිමින්, Lorentzian වක්‍රයක් සමඟ රේඛීය සම්ප්‍රේෂණ වර්ණාවලිය සවි කිරීමෙන් අපි තත්ත්ව සාධකය (Q සාධකය) ඇස්තමේන්තු කළෙමු. අපගේ දැනුමට අනුව, මෙය තරංග මාර්ගෝපදේශක සම්බන්ධිත LToI මුදු අනුනාදකයක පළමු නිරූපණය වේ. සැලකිය යුතු ලෙස, අපි ලබා ගත් Q සාධක අගය, ෆයිබර්-කපල්ඩ් LToI මයික්‍රොඩිස්ක් අනුනාදකවලට වඩා සැලකිය යුතු ලෙස ඉහළ ය.
නිගමනය:අපි 1550 nm හි 0.28 dB/cm අලාභයක් සහ මිලියන 1.1 ක ring resonator Q සාධකයක් සහිත LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයක් සංවර්ධනය කළෙමු. ලබාගත් කාර්ය සාධනය නවීනතම අඩු පාඩු සහිත LNoI තරංග මාර්ගෝපදේශ සමඟ සැසඳිය හැකිය. මීට අමතරව, අපි චිප් රේඛීය නොවන යෙදුම් සඳහා නිෂ්පාදිත LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයේ χ(3) රේඛීය නොවන බව විමර්ශනය කළෙමු.
පසු කාලය: නොවැම්බර්-20-2024