46-calowa płytka z tantalatu litu PIC-- przewodnik fal tantalatu litu na izolatorze niskiej straty dla fotoniki nieliniowej na chipie

4-calowa 6-calowa płytka z tantalatu litu PIC-- przewodnik fal tantalatu litu na izolatorze o niskiej stratze dla nieliniowej fotoniki na chipie

Podsumowanie: Opracowaliśmy przewodnik fal tantalatu litu na izolatorze 1550 nm z stratą 0,28 dB/cm i współczynnikiem jakości rezonatora toroidalnego 1,1 mln.Badanie zastosowania χ(3) nieliniowości w fotonice nieliniowej.

1Przedstawcie się.

Waveguide technology based on lithium niobate insulators (LNoI) has made great progress in the field of ultra-high speed modulators and on-chip nonlinear photonics due to their favorable χ(2) and χ(3) nonlinear properties and the strong optical limiting effect generated by the "on-insulator" structure [1-3]Oprócz LN badano również tantalat litu (LT) jako nieliniowy materiał fotoniczny.LT ma wyższy próg uszkodzenia optycznego i szersze okno przezroczyste optycznie [4]., 5], chociaż jego parametry optyczne są podobne do LN, takie jak wskaźnik załamania i współczynnik nieliniowy [6,7].LToI jest zatem kolejnym silnym kandydatem do zastosowań fotoniki nieliniowej o wysokiej mocy optycznejPonadto LToI staje się głównym materiałem do części filtrów fal akustycznych powierzchniowych (SAW) do szybkich aplikacji mobilnych i bezprzewodowych.Chipy LToI mogą stać się bardziej powszechnym materiałem do zastosowań fotonicznychJednakże do tej pory zgłoszono tylko kilka urządzeń fotonicznych opartych na LTOI, takich jak rezonatory mikrodysku [8] i elektrooptyczne zmiany fazy [9].wprowadzamy niskoprzepustowy przewodnik fal LToI i jego zastosowanie w rezonatorach pierścieniowychPonadto podana jest nieliniowość przewodnika fal LToI.

Najważniejsze

Zapewnij 4 "-6"LTOIpłytka, płytka z tantalatu litowego z cienką warstwą, grubość górna 100-1500 nm, technologia krajowa, dojrzały proces

Pozostałe produkty;

LTOI; najpotężniejszy konkurent niobatu litu, płytki tantalatu litu z cienką warstwą

INOI; 8-calowy LNOI wspiera masową produkcję cienkich folii niobatu litu w większej skali

Wytwarzanie na przewodnikach fal izolacyjnych

W tym badaniu użyliśmy 4 cali płytek LTOI.Górna warstwa LT to komercyjny 42° rotacyjny Y-cut LT substrat do urządzeń SAW, który bezpośrednio wiąże się z substratem Si warstwą tlenku cieplnego o grubości 3 μm i wykonuje inteligentny proces cięciaNa rysunku 1 (a) przedstawiono górny widok płytki LToI, w której górna warstwa LT ma grubość 200 nm. Oceniliśmy szorstkość powierzchni górnej warstwy LT za pomocą mikroskopii siłowej atomowej (AFM).

Rysunek 1. a) widok z góry płytki LToI, b) obraz AFM powierzchni warstwy LT górnej, c) obraz PFM powierzchni warstwy LT górnej, d) schematyczny przekrój przewodnika fal LToI,e) obliczone ramy podstawowego trybu TE, a f) obraz SEM rdzenia przewodnika fal LToI przed osadzeniem powłoki SiO2.

Jak pokazano na rysunku 1 (b), chropowitość powierzchni jest mniejsza niż 1 nm i nie zaobserwowano linii zadrapań.Zbadaliśmy polaryzację górnej warstwy LT za pomocą mikroskopu siły piezoelektrycznej (PFM), jak pokazano na rysunku 1 (c). Nawet po procesie wiązania potwierdziliśmy, że utrzymywana jest jednolita polaryzacja.

WykorzystanieLTOINajpierw odkładamy warstwę metalowej maski do następnego suchego etsu LT.Następnie wykonujemy litografię wiązki elektronów (EB) w celu zdefiniowania wzoru rdzenia przewodnika fal na górze metalowej warstwy maskiNastępnie przeniesiono wzór odporności EB na warstwę maski metalowej przez suchy etykiet.Usunęliśmy warstwę maski metalowej przez mokry proces i osadziliśmy warstwę pokrycia SiO2 poprzez rozszerzoną plazmową osadę chemiczną paryNa rysunku 1 (d) przedstawiono schematyczny przekrój przewodnika fal LToI. Łączna wysokość rdzenia, wysokość płyty i szerokość rdzenia wynoszą odpowiednio 200, 100 i 1000 nm.Należy zauważyć, że w celu ułatwienia łączenia włóknaNa rysunku 1 (e) przedstawiono obliczone rozmieszczenie natężenia fali świetlnej dla podstawowego trybu pola elektrycznego poprzecznego (TE) przy 1550 nm.Na rysunku 1 (f) przedstawiono obraz mikroskopu elektronicznego skanującego (SEM) rdzenia przewodnika fal LToI przed osadzeniem powłoki SiO2.

Charakterystyka przewodnika fal

Po pierwsze, ocenia się właściwości strat liniowych poprzez podawanie polaryzowanego światła TE z wzmocnionego źródła światła emitującego samodzielnie na 1550 nm do przewodników fal LToI o różnej długości.Strata rozprzestrzeniania się otrzymuje się z nachylenia stosunku między długością przewodnika fal a przepuszczalnością każdej długości faliZmierzone straty rozprzestrzeniania wynoszą 0.32, 0,28 i 0,26 dB/cm odpowiednio przy 1530, 1550 i 1570 nm, jak pokazano na rysunku 2 lit. a).Produkowane przewodniki fal LToI wykazują stosunkowo niską stratę, podobną do najbardziej zaawansowanych przewodników fal LNOI [10].

Następnie oceniamy χ(3) nieliniowość poprzez konwersję długości fali generowaną przez proces mieszania czterech fal.

Wykorzystano falę światła pompy fal ciągłych o długości 1550,0 nm i falę światła sygnału o długości 1550,6 nm do przewodnika fal o długości 12 mm. Jak pokazano na rysunku 2 (b),moc sygnału fal świetlnych fazowych zwiększa się wraz ze wzrostem mocy wejściowejNa rysunku 2 (b) przedstawiono typowy widmo wyjściowe dla mieszania czterech fal.możemy oszacować, że parametr nieliniowy (γ) wynosi około 11 W-1m

Rysunek 3. a) Obraz mikroskopiczny wytworzonego rezonatora pierścieniowego. b) Widmo transmisji rezonatora pierścieniowego z różnymi parametrami luk.(c) Pomiary rezonatora pierścieniowego z przerwą 1000 nm i spectrów przesyłowych Lorentza

Do zastosowania w rezonatorach pierścieniowych

Następnie wyprodukowaliśmy rezonator pierścieniowy LTOI i oceniliśmy jego właściwości.Rezonator pierścieniowy ma konfigurację "drogi startowej" składającą się z zakrzywionego obszaru o promieniu 100 μm i prostego obszaru o długości 100 μmSzerokość przedziału pomiędzy pierścieniem a rdzeniem przewodnika fali przenośnika zmienia się w przedziałach 200 nm, tj. 800, 1000 i 1200 nm. Na rysunku 3 (b) przedstawiono widmo transmisji dla każdej przedziału,wykazujące, że współczynnik wyginięcia zmienia się w zależności odZ tych widmow ustaliliśmy, że 1000 nm przepaść zapewnia prawie krytyczne warunki sprzężenia, ponieważ ma maksymalny współczynnik zaniku -26 dB.Oszacowujemy współczynnik jakości (Q-faktor) poprzez dopasowanie liniowego widma transmisji przez Lorentzian, a następnie uzyskać wewnętrzny współczynnik Q 1,1 miliona, jak pokazano na rysunku 3 (c).otrzymana wartość czynnika Q jest znacznie wyższa niż w przypadku rezonatora mikrodysku LToI z podłączeniem włókna [9]

Wniosek

Opracowaliśmy przewodnik fal LTOI z utratą 0,28 dB/cm przy 1550 nm i wartością Q rezonatora pierścieniowego 1,1 miliona.

Osiągnięta wydajność jest porównywalna z wydajnością najnowocześniejszych przewodników fal o niskiej stratzie LNoI.χ(3) nieliniowość wytworzonych przewodników fal LTOI w zastosowaniach nieliniowych na układzie jest również badana.

* Prosimy o kontakt z nami w przypadku jakichkolwiek problemów związanych z prawami autorskimi, a my niezwłocznie je rozwiążemy.