සාරාංශය:අපි 0.28 dB/cm අලාභයක් සහ මිලියන 1.1 ක මුදු අනුනාදක ගුණාත්මක සාධකයක් සහිත 1550 nm පරිවාරකයක් මත පදනම් වූ ලිතියම් ටැන්ටලේට් තරංග මාර්ගෝපදේශයක් සංවර්ධනය කර ඇත්තෙමු. රේඛීය නොවන ෆොටෝනික්ස් වල χ(3) රේඛීය නොවන බව යෙදීම අධ්‍යයනය කර ඇත. එහි "පරිවාරක-මත" ව්‍යුහය හේතුවෙන් ශක්තිමත් දෘශ්‍ය සීමා කිරීම් සමඟ විශිෂ්ට χ(2) සහ χ(3) රේඛීය නොවන ගුණාංග ප්‍රදර්ශනය කරන පරිවාරකය (LNoI) මත ලිතියම් නියෝබේට් වල වාසි, අතිශය වේගවත් මොඩියුලේටර් සහ ඒකාබද්ධ රේඛීය නොවන ෆොටෝනික්ස් සඳහා තරංග මාර්ගෝපදේශ තාක්ෂණයේ සැලකිය යුතු දියුණුවක් ඇති කර ඇත [1-3]. LN ට අමතරව, ලිතියම් ටැන්ටලේට් (LT) රේඛීය නොවන ෆොටෝනික් ද්‍රව්‍යයක් ලෙස ද විමර්ශනය කර ඇත. LN හා සසඳන විට, LT හි ඉහළ දෘශ්‍ය හානි සීමාවක් සහ පුළුල් දෘශ්‍ය පාරදෘශ්‍යතා කවුළුවක් ඇත [4, 5], නමුත් වර්තන දර්ශකය සහ රේඛීය නොවන සංගුණක වැනි එහි දෘශ්‍ය පරාමිතීන් LN [6, 7] ට සමාන වේ. මේ අනුව, LToI ඉහළ දෘශ්‍ය බල රේඛීය නොවන ෆෝටෝනික් යෙදුම් සඳහා තවත් ශක්තිමත් අපේක්ෂක ද්‍රව්‍යයක් ලෙස කැපී පෙනේ. එපමණක් නොව, LToI අධිවේගී ජංගම සහ රැහැන් රහිත තාක්ෂණයන්හි අදාළ වන මතුපිට ධ්වනි තරංග (SAW) පෙරහන් උපාංග සඳහා ප්‍රාථමික ද්‍රව්‍යයක් බවට පත්වෙමින් තිබේ. මෙම සන්දර්භය තුළ, LToI වේෆර් ෆෝටෝනික් යෙදුම් සඳහා වඩාත් පොදු ද්‍රව්‍ය බවට පත්විය හැකිය. කෙසේ වෙතත්, අද වන විට, ක්ෂුද්‍ර තැටි අනුනාදක [8] සහ විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය අවධි මාරු කරන්නන් [9] වැනි LToI මත පදනම් වූ ෆෝටෝනික් උපාංග කිහිපයක් පමණක් වාර්තා වී ඇත. මෙම පත්‍රිකාවේ, අපි අඩු පාඩු LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයක් සහ මුදු අනුනාදකයක එහි යෙදුම ඉදිරිපත් කරමු. ඊට අමතරව, අපි LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයේ χ(3) රේඛීය නොවන ලක්ෂණ සපයන්නෙමු.
ප්‍රධාන කරුණු:
• දේශීය තාක්ෂණය සහ පරිණත ක්‍රියාවලීන් උපයෝගී කරගනිමින්, 100 nm සිට 1500 nm දක්වා ඉහළ ස්ථර ඝණකම සහිත, අඟල් 4 සිට අඟල් 6 දක්වා LToI වේෆර්, තුනී පටල ලිතියම් ටැන්ටලේට් වේෆර් පිරිනැමීම.
• SINOI: අතිශය අඩු පාඩු සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් තුනී පටල වේෆර්.
• 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: විශාල පරිමාණ තුනී පටල ලිතියම් නියෝබේට් නිෂ්පාදන මහා පරිමාණයෙන් නිෂ්පාදනය කිරීමට සහාය වන අඟල් 8 LNOI.
පරිවාරක තරංග මාර්ගෝපදේශ මත නිෂ්පාදනය:මෙම අධ්‍යයනයේ දී, අපි අඟල් 4 LToI වේෆර් භාවිතා කළෙමු. ඉහළ LT ස්ථරය යනු SAW උපාංග සඳහා වාණිජ 42° භ්‍රමණය වන Y-කැපුම් LT උපස්ථරයක් වන අතර, එය ස්මාර්ට් කැපුම් ක්‍රියාවලියක් භාවිතා කරමින් 3 µm ඝන තාප ඔක්සයිඩ් ස්ථරයක් සහිත Si උපස්ථරයකට සෘජුවම බන්ධනය වී ඇත. රූපය 1(a) LToI වේෆරයේ ඉහළ දසුනක් පෙන්වයි, ඉහළ LT ස්ථරයේ ඝණකම 200 nm වේ. අපි පරමාණුක බල අන්වීක්ෂය (AFM) භාවිතයෙන් ඉහළ LT ස්ථරයේ මතුපිට රළුබව තක්සේරු කළෙමු.
රූපය 1.(අ) LToI වේෆරයේ ඉහළ දර්ශනය, (ආ) ඉහළ LT ස්ථරයේ මතුපිට AFM රූපය, (ඇ) ඉහළ LT ස්ථරයේ මතුපිට PFM රූපය, (ඈ) LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයේ ක්‍රමානුරූප හරස්කඩ, (ඉ) ගණනය කරන ලද මූලික TE මාදිලි පැතිකඩ සහ (එෆ්) SiO2 අධිස්ථර තැන්පත් වීමට පෙර LToI තරංග මාර්ගෝපදේශක හරයේ SEM රූපය. රූපය 1 (ආ) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, මතුපිට රළුබව 1 nm ට වඩා අඩු වන අතර සීරීම් රේඛා නිරීක්ෂණය නොවීය. ඊට අමතරව, රූපය 1 (ඇ) හි දැක්වෙන පරිදි, පීසෝ විද්‍යුත් ප්‍රතිචාර බල අන්වීක්ෂය (PFM) භාවිතයෙන් ඉහළ LT ස්ථරයේ ධ්‍රැවීකරණ තත්ත්වය අපි පරීක්ෂා කළෙමු. බන්ධන ක්‍රියාවලියෙන් පසුව පවා ඒකාකාර ධ්‍රැවීකරණය පවත්වා ගෙන ගිය බව අපි තහවුරු කළෙමු.
මෙම LToI උපස්ථරය භාවිතා කරමින්, අපි තරංග මාර්ගෝපදේශය පහත පරිදි සකස් කළෙමු. පළමුව, LT හි වියළි කැටයම් කිරීම සඳහා ලෝහ ආවරණ තට්ටුවක් තැන්පත් කරන ලදී. ඉන්පසු, ලෝහ ආවරණ ස්ථරයට ඉහළින් ඇති තරංග මාර්ගෝපදේශක හර රටාව නිර්වචනය කිරීම සඳහා ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භ (EB) ලිතෝග්‍රැෆි සිදු කරන ලදී. ඊළඟට, අපි වියළි කැටයම් කිරීම හරහා EB ප්‍රතිරෝධක රටාව ලෝහ ආවරණ ස්ථරයට මාරු කළෙමු. පසුව, ඉලෙක්ට්‍රෝන සයික්ලොට්‍රෝන අනුනාද (ECR) ප්ලාස්මා කැටයම් භාවිතයෙන් LToI තරංග මාර්ගෝපදේශක හරය සාදන ලදී. අවසාන වශයෙන්, තෙත් ක්‍රියාවලියක් හරහා ලෝහ ආවරණ ස්ථරය ඉවත් කරන ලද අතර, ප්ලාස්මා-වැඩිදියුණු කළ රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම භාවිතයෙන් SiO2 අතිච්ඡාදනයක් තැන්පත් කරන ලදී. රූපය 1 (d) LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයේ ක්‍රමානුකූල හරස්කඩ පෙන්වයි. මුළු හර උස, තහඩු උස සහ හර පළල පිළිවෙලින් 200 nm, 100 nm සහ 1000 nm වේ. දෘශ්‍ය තන්තු සම්බන්ධ කිරීම සඳහා තරංග මාර්ගෝපදේශක දාරයේ හර පළල 3 µm දක්වා පුළුල් වන බව සලකන්න.
රූපය 1 (e) 1550 nm හි මූලික තීර්යක් විද්‍යුත් (TE) මාදිලියේ ගණනය කරන ලද දෘශ්‍ය තීව්‍රතා ව්‍යාප්තිය පෙන්වයි. රූපය 1 (f) SiO2 අතිච්ඡාදනය තැන්පත් වීමට පෙර LToI තරංග මාර්ගෝපදේශක හරයේ ස්කෑනිං ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂයේ (SEM) රූපය පෙන්වයි.
තරංග මාර්ගෝපදේශ ලක්ෂණ:අපි මුලින්ම රේඛීය අලාභ ලක්ෂණ ඇගයීමට ලක් කළේ 1550 nm තරංග ආයාමයකින් විස්තාරිත ස්වයංසිද්ධ විමෝචන ප්‍රභවයකින් TE-ධ්‍රැවීකරණය වූ ආලෝකය විවිධ දිගින් යුත් LToI තරංග මාර්ගෝපදේශවලට ඇතුළත් කිරීමෙනි. ප්‍රචාරණ අලාභය ලබා ගත්තේ එක් එක් තරංග ආයාමයේදී තරංග මාර්ගෝපදේශක දිග සහ සම්ප්‍රේෂණය අතර සම්බන්ධතාවයේ බෑවුමෙනි. මනින ලද ප්‍රචාරණ අලාභ 1530, 1550 සහ 1570 nm හිදී පිළිවෙලින් 0.32, 0.28 සහ 0.26 dB/cm විය, රූපය 2 (a) හි පෙන්වා ඇති පරිදි. පිරිසැකසුම් කරන ලද LToI තරංග මාර්ගෝපදේශ අති නවීන LNoI තරංග මාර්ගෝපදේශවලට [10] සැසඳිය හැකි අඩු අලාභ කාර්ය සාධනයක් පෙන්නුම් කළේය.
ඊළඟට, අපි තරංග හතරක මිශ්‍ර කිරීමේ ක්‍රියාවලියකින් ජනනය වන තරංග ආයාම පරිවර්තනය හරහා 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 දිගු තරංග මාර්ගෝපදේශයකට ඇතුළත් කරමු. රූපය 2 (b) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, අදියර-සංයුක්ත (idler) ආලෝක තරංග සංඥා තීව්‍රතාවය ආදාන බලය වැඩි වීමත් සමඟ වැඩි විය. රූපය 2 (b) හි ඇතුළත් කිරීම තරංග හතරක මිශ්‍රණයේ සාමාන්‍ය ප්‍රතිදාන වර්ණාවලිය පෙන්වයි. ආදාන බලය සහ පරිවර්තන කාර්යක්ෂමතාව අතර සම්බන්ධතාවයෙන්, අපි රේඛීය නොවන පරාමිතිය (γ) ආසන්න වශයෙන් 11 W^-1m ලෙස ඇස්තමේන්තු කළෙමු.
රූපය 3.(අ) පිරිසැකසුම් කරන ලද මුදු අනුනාදකයේ අන්වීක්ෂ රූපය. (ආ) විවිධ පරතරය පරාමිතීන් සහිත මුදු අනුනාදකයේ සම්ප්‍රේෂණ වර්ණාවලිය. (ඇ) 1000 nm පරතරයක් සහිත මුදු අනුනාදකයේ මනින ලද සහ ලොරෙන්සියානු-සවි කරන ලද සම්ප්‍රේෂණ වර්ණාවලිය.
ඊළඟට, අපි LToI මුදු අනුනාදකයක් නිපදවා එහි ලක්ෂණ ඇගයීමට ලක් කළෙමු. රූපය 3 (a) මඟින් නිපදවූ මුදු අනුනාදකයේ දෘශ්‍ය අන්වීක්ෂ රූපය පෙන්වයි. මුදු අනුනාදකයේ "රේස්ට්‍රැක්" වින්‍යාසයක් ඇති අතර, එය 100 µm අරයක් සහ 100 µm දිගකින් යුත් වක්‍ර කලාපයකින් සමන්විත වේ. වළල්ල සහ බස් තරංග මාර්ගෝපදේශක හරය අතර පරතරය පළල 200 nm වර්ධක වලින් වෙනස් වේ, විශේෂයෙන් 800, 1000 සහ 1200 nm. රූපය 3 (b) එක් එක් පරතරය සඳහා සම්ප්‍රේෂණ වර්ණාවලීක්ෂය පෙන්වයි, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ වඳවීමේ අනුපාතය පරතරයේ ප්‍රමාණය සමඟ වෙනස් වන බවයි. මෙම වර්ණාවලි වලින්, 1000 nm පරතරය ආසන්න වශයෙන් තීරණාත්මක සම්බන්ධක තත්වයන් සපයන බව අපි තීරණය කළෙමු, මන්ද එය -26 dB හි ඉහළම වඳවීමේ අනුපාතය ප්‍රදර්ශනය කරයි.
විවේචනාත්මකව සම්බන්ධිත අනුනාදකය භාවිතා කරමින්, රූපය 3 (c) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, මිලියන 1.1 ක අභ්‍යන්තර Q සාධකයක් ලබා ගනිමින්, රේඛීය සම්ප්‍රේෂණ වර්ණාවලිය ලොරෙන්සියානු වක්‍රයක් සමඟ සවි කිරීමෙන් අපි ගුණාත්මක සාධකය (Q සාධකය) ඇස්තමේන්තු කළෙමු. අපගේ දැනුමට අනුව, මෙය තරංග මාර්ගෝපදේශ-සම්බන්ධිත LToI මුදු අනුනාදකයක පළමු නිරූපණයයි. විශේෂයෙන්, අප ලබා ගත් Q සාධක අගය තන්තු-සම්බන්ධිත LToI ක්ෂුද්‍ර තැටි අනුනාදකවලට වඩා සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි ය [9].
නිගමනය:අපි 1550 nm දී 0.28 dB/cm අලාභයක් සහ මිලියන 1.1 ක මුදු අනුනාදක Q සාධකයක් සහිත LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයක් සංවර්ධනය කළෙමු. ලබාගත් කාර්ය සාධනය අති නවීන අඩු-අලාභ LNoI තරංග මාර්ගෝපදේශවලට සමාන වේ. අතිරේකව, චිපයේ රේඛීය නොවන යෙදුම් සඳහා නිෂ්පාදනය කරන ලද LToI තරංග මාර්ගෝපදේශයේ χ(3) රේඛීය නොවන බව අපි විමර්ශනය කළෙමු.
පළ කිරීමේ කාලය: නොවැම්බර්-20-2024