Хулоса:Мо мавҷгири танталати литий дар асоси изолятори 1550 нм бо талафоти 0,28 дБ/см ва омили сифати резонатори ҳалқавӣ 1,1 миллионро таҳия кардем. Татбиқи ғайрихаттии χ(3) дар фотоникаи ғайрихаттӣ омӯхта шудааст. Бартариҳои ниобати литий дар изолятор (LNoI), ки хосиятҳои аълои ғайрихаттии χ(2) ва χ(3)-ро дар баробари маҳдудияти қавии оптикӣ аз сабаби сохтори "изолятор дар болои"-и худ нишон медиҳад, боиси пешрафтҳои назаррас дар технологияи мавҷгир барои модуляторҳои ултратез ва фотоникаи ғайрихаттии муттаҳидшуда шудаанд [1-3]. Илова бар LN, танталати литий (LT) низ ҳамчун маводи ғайрихаттии фотонӣ таҳқиқ шудааст. Дар муқоиса бо LN, LT остонаи зарари оптикии баландтар ва тирезаи шаффофияти оптикии васеътар дорад [4, 5], гарчанде ки параметрҳои оптикии он, ба монанди нишондиҳандаи шикаст ва коэффисиентҳои ғайрихаттӣ, ба параметрҳои LN монанданд [6, 7]. Ҳамин тариқ, LToI ҳамчун як маводи дигари номзади қавӣ барои барномаҳои ғайрихаттии фотонии дорои қувваи баланди оптикӣ фарқ мекунад. Ғайр аз ин, LToI ба маводи асосӣ барои дастгоҳҳои филтри мавҷи акустикии сатҳӣ (SAW) табдил меёбад, ки дар технологияҳои мобилӣ ва бесими баландсуръат истифода мешаванд. Дар ин замина, пластинаҳои LToI метавонанд барои барномаҳои фотонӣ маводи маъмултар шаванд. Аммо, то имрӯз танҳо чанд дастгоҳи фотонӣ дар асоси LToI гузориш шудаанд, ба монанди резонаторҳои микродиск [8] ва ивазкунандаҳои фазаи электрооптикӣ [9]. Дар ин мақола, мо як роҳнамои мавҷи LToI бо талафоти кам ва истифодаи онро дар резонатори ҳалқавӣ пешниҳод мекунем. Илова бар ин, мо хусусиятҳои ғайрихаттии χ(3)-и роҳнамои мавҷи LToI-ро пешниҳод мекунем.
Нуктаҳои асосӣ:
• Пешниҳоди вафлиҳои LToI аз 4 то 6 дюйм, вафлиҳои литий-танталат бо плёнкаи тунук, ки ғафсии қабати болоӣ аз 100 нм то 1500 нм мебошанд, бо истифода аз технологияи ватанӣ ва равандҳои пешрафта.
• SINOI: Вафлиҳои тунуки нитриди кремний бо талафоти хеле кам.
• SICOI: Субстратҳои нимизолятсионӣ бо плёнкаи тунуки кремний карбидии тозагии баланд барои схемаҳои интегралии фотонии кремний карбид.
• LTOI: Рақиби қавӣ ба пластинаҳои литий-ниобатии тунук, ки аз литий-танталат сохта шудаанд.
• LNOI: LNOI-и 8-дюйма, ки истеҳсоли оммавии маҳсулоти ниобатии литийи бо плёнкаи тунукро дар миқёси калонтар дастгирӣ мекунад.
Истеҳсол дар изоляторҳои мавҷӣ:Дар ин таҳқиқот, мо вафлҳои 4-дюймаи LToI-ро истифода бурдем. Қабати болоии LT як субстрати LT-и Y-буридашудаи 42° барои дастгоҳҳои SAW мебошад, ки мустақиман ба субстрати Si бо қабати оксиди термалии ғафсии 3 мкм пайваст карда шудааст ва раванди буриши оқилонаро истифода мебарад. Расми 1(а) намуди болоии вафли LToI-ро бо ғафсии қабати болоии LT нишон медиҳад. Мо ноҳамвории сатҳи қабати болоии LT-ро бо истифода аз микроскопияи қувваи атомӣ (AFM) арзёбӣ кардем.
Расми 1.(a) Намуди болоӣ аз пластинаи LToI, (b) Тасвири AFM-и сатҳи қабати болоии LT, (c) Тасвири PFM-и сатҳи қабати болоии LT, (d) Буриши схематикии роҳнамои мавҷгири LToI, (e) Профили асосии ҳолати TE ҳисоб карда шудааст ва (f) Тасвири SEM-и ядрои роҳнамои LToI пеш аз ҷойгиршавии қабати болоии SiO2. Тавре ки дар расми 1 (b) нишон дода шудааст, ноҳамвории сатҳ камтар аз 1 нм аст ва ягон хатҳои харошида мушоҳида нашудаанд. Илова бар ин, мо ҳолати поляризатсияи қабати болоии LT-ро бо истифода аз микроскопияи қувваи вокуниши пьезоэлектрикӣ (PFM), тавре ки дар расми 1 (c) нишон дода шудааст, таҳқиқ кардем. Мо тасдиқ кардем, ки поляризатсияи якхела ҳатто пас аз раванди пайвастшавӣ нигоҳ дошта мешавад.
Бо истифода аз ин субстрати LToI, мо мавҷгирро чунин сохтем. Аввалан, қабати ниқоби металлӣ барои кандакории хушки минбаъдаи LT гузошта шуд. Сипас, литографияи шуои электронӣ (EB) барои муайян кардани нақши аслии мавҷгир дар болои қабати ниқоби металлӣ анҷом дода шуд. Сипас, мо намунаи муқовимати EB-ро тавассути кандакории хушк ба қабати ниқоби металлӣ интиқол додем. Баъдан, аслии мавҷгири LToI бо истифода аз кандакории плазмавии резонанси сиклотронии электронӣ (ECR) ташкил карда шуд. Дар ниҳоят, қабати ниқоби металлӣ тавассути раванди тар тоза карда шуд ва қабати болоии SiO2 бо истифода аз кандакории буғи кимиёвии бо плазма такмилёфта гузошта шуд. Расми 1 (d) буриши схематикии роҳнамои LToI-ро нишон медиҳад. Баландии умумии ядро, баландии пластина ва паҳнои ядро мутаносибан 200 нм, 100 нм ва 1000 нм мебошанд. Дар хотир доред, ки паҳнои аслӣ дар канори роҳнамо барои пайвастшавии нахи оптикӣ то 3 мкм васеъ мешавад.
Расми 1 (e) тақсимоти ҳисобшудаи шиддати оптикии ҳолати асосии электрикии кундаланг (TE)-ро дар 1550 нм нишон медиҳад. Расми 1 (f) тасвири микроскопи электронии сканкунанда (SEM)-и ядрои мавҷгири LToI пеш аз ҷойгиркунии қабати болоии SiO2-ро нишон медиҳад.
Хусусиятҳои роҳнамои мавҷ:Мо аввал хусусиятҳои талафоти хаттиро бо ворид кардани нури поляризатсияшудаи TE аз манбаи партоби худсаронаи тақвиятёфтаи дарозии мавҷи 1550 нм ба мавҷгирҳои LToI бо дарозии гуногун арзёбӣ кардем. Талафоти паҳншавӣ аз нишебии муносибати байни дарозии мавҷгир ва интиқол дар ҳар як дарозии мавҷ ба даст оварда шуд. Талафоти паҳншавии ченшуда мутаносибан дар 1530, 1550 ва 1570 нм буданд, тавре ки дар расми 2 (а) нишон дода шудааст. Мавҷгирҳои LToI-и сохташуда нишондиҳандаҳои камталафоти қобили муқоисаро бо мавҷгирҳои муосири LNoI нишон доданд [10].
Сипас, мо ғайрихаттии χ(3)-ро тавассути табдили дарозии мавҷ, ки дар раванди омехтакунии чормавҷ ба вуҷуд омадааст, арзёбӣ кардем. Мо чароғи мавҷи пайвастаи насосро бо дарозии 1550.0 нм ва чароғи сигналро бо дарозии 1550.6 нм ба мавҷгири 12 мм ворид кардем. Тавре ки дар расми 2 (b) нишон дода шудааст, шиддати мавҷи сигнали нури фаза-конъюгат (бекор) бо афзоиши қувваи вурудӣ афзоиш ёфт. Дар расми 2 (b) спектри маъмулии баромади омехтакунии чормавҷ нишон дода шудааст. Аз робитаи байни қувваи вуруд ва самаранокии табдилдиҳӣ, мо параметри ғайрихаттиро (γ) тақрибан 11 Вт^-1 м арзёбӣ кардем.
Расми 3.(а) Тасвири микроскопи резонатори ҳалқавии сохташуда. (б) Спектрҳои интиқоли резонатори ҳалқавӣ бо параметрҳои гуногуни фосила. (в) Спектри интиқоли ченшуда ва бо Лорентсиан муҷаҳҳазшудаи резонатори ҳалқавӣ бо фосилаи 1000 нм.
Сипас, мо резонатори ҳалқавии LToI-ро сохта, хусусиятҳои онро арзёбӣ кардем. Дар расми 3 (а) тасвири микроскопи оптикии резонатори ҳалқавии сохташуда нишон дода шудааст. Резонатори ҳалқавӣ дорои конфигуратсияи "роҳи пойга" мебошад, ки аз минтақаи каҷ бо радиуси 100 мкм ва минтақаи рости 100 мкм дарозӣ иборат аст. Паҳнои фосила байни ҳалқа ва ядрои мавҷгири шина бо афзоиши 200 нм, махсусан дар 800, 1000 ва 1200 нм, фарқ мекунад. Дар расми 3 (б) спектрҳои интиқол барои ҳар як фосила нишон дода шудаанд, ки нишон медиҳанд, ки таносуби хомӯшшавӣ бо андозаи фосила тағйир меёбад. Аз ин спектрҳо, мо муайян кардем, ки фосилаи 1000 нм шароити қариб муҳими пайвастшавиро фароҳам меорад, зеро он баландтарин таносуби хомӯшшавии -26 дБ-ро нишон медиҳад.
Бо истифода аз резонатори бо ҳам пайвастшудаи танқидӣ, мо омили сифатро (омили Q) бо мувофиқ кардани спектри интиқоли хаттӣ бо каҷи Лорентсиан ҳисоб кардем ва омили Q-и дохилии 1,1 миллионро ба даст овардем, чунон ки дар расми 3 (в) нишон дода шудааст. То ҷое ки мо медонем, ин аввалин намоиши резонатори ҳалқавии LToI бо мавҷгири пайвастшуда мебошад. Қобили зикр аст, ки арзиши омили Q, ки мо ба даст овардем, нисбат ба резонаторҳои микродиски LToI бо нахҳои пайвастшуда хеле баландтар аст [9].
Хулоса:Мо мавҷгири LToI-ро бо талафоти 0,28 дБ/см дар 1550 нм ва омили Q-и резонатори ҳалқавии 1,1 миллион таҳия кардем. Самаранокии бадастомада бо самаранокии мавҷгирҳои LNoI бо талафоти ками муосир қобили муқоиса аст. Илова бар ин, мо ғайрихаттии χ(3)-и мавҷгири LToI-и истеҳсолшударо барои барномаҳои ғайрихаттӣ дар чип таҳқиқ кардем.
Вақти нашр: 20 ноябри соли 2024