अमूर्त:हमने 0.28 डीबी/सेमी के नुकसान और 1.1 मिलियन के रिंग रेज़ोनेटर गुणवत्ता कारक के साथ 1550 एनएम इंसुलेटर-आधारित लिथियम टैंटलेट वेवगाइड विकसित किया है। नॉनलीनियर फोटोनिक्स में χ(3) नॉनलीनियरिटी के अनुप्रयोग का अध्ययन किया गया है। इंसुलेटर (एलएनओआई) पर लिथियम नाइओबेट के फायदे, जो अपनी "इंसुलेटर-ऑन" संरचना के कारण मजबूत ऑप्टिकल कारावास के साथ-साथ उत्कृष्ट χ (2) और χ (3) नॉनलाइनर गुणों को प्रदर्शित करता है, ने अल्ट्राफास्ट के लिए वेवगाइड तकनीक में महत्वपूर्ण प्रगति की है। मॉड्यूलेटर और एकीकृत नॉनलाइनियर फोटोनिक्स [1-3]। एलएन के अलावा, लिथियम टैंटलेट (एलटी) की भी एक गैर-रेखीय फोटोनिक सामग्री के रूप में जांच की गई है। एलएन की तुलना में, एलटी में उच्च ऑप्टिकल क्षति सीमा और व्यापक ऑप्टिकल पारदर्शिता विंडो [4, 5] है, हालांकि इसके ऑप्टिकल पैरामीटर, जैसे अपवर्तक सूचकांक और नॉनलाइनियर गुणांक, एलएन [6, 7] के समान हैं। इस प्रकार, एलटीओआई उच्च ऑप्टिकल पावर नॉनलाइनियर फोटोनिक अनुप्रयोगों के लिए एक और मजबूत उम्मीदवार सामग्री के रूप में खड़ा है। इसके अलावा, एलटीओआई हाई-स्पीड मोबाइल और वायरलेस प्रौद्योगिकियों में लागू सतह ध्वनिक तरंग (एसएडब्ल्यू) फिल्टर उपकरणों के लिए प्राथमिक सामग्री बन रहा है। इस संदर्भ में, एलटीओआई वेफर्स फोटोनिक अनुप्रयोगों के लिए अधिक सामान्य सामग्री बन सकते हैं। हालाँकि, आज तक, LToI पर आधारित केवल कुछ फोटोनिक डिवाइस ही रिपोर्ट किए गए हैं, जैसे माइक्रोडिस्क रेज़ोनेटर [8] और इलेक्ट्रो-ऑप्टिक चरण शिफ्टर्स [9]। इस पेपर में, हम एक कम-नुकसान वाले एलटीओआई वेवगाइड और रिंग रेज़ोनेटर में इसके अनुप्रयोग को प्रस्तुत करते हैं। इसके अतिरिक्त, हम LToI वेवगाइड की χ(3) नॉनलाइनर विशेषताएँ प्रदान करते हैं।
प्रमुख बिंदु:
• घरेलू प्रौद्योगिकी और परिपक्व प्रक्रियाओं का उपयोग करते हुए 100 एनएम से 1500 एनएम तक की शीर्ष परत की मोटाई के साथ 4-इंच से 6-इंच एलटीओआई वेफर्स, पतली-फिल्म लिथियम टैंटलेट वेफर्स की पेशकश।
• सिनोई: अल्ट्रा-लो लॉस सिलिकॉन नाइट्राइड पतली-फिल्म वेफर्स।
• SICOI: सिलिकॉन कार्बाइड फोटोनिक एकीकृत सर्किट के लिए उच्च शुद्धता वाले अर्ध-इन्सुलेटिंग सिलिकॉन कार्बाइड पतली-फिल्म सब्सट्रेट।
• एलटीओआई: लिथियम नाइओबेट, पतली-फिल्म लिथियम टैंटलेट वेफर्स का एक मजबूत प्रतियोगी।
• एलएनओआई: 8-इंच एलएनओआई बड़े पैमाने पर पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट उत्पादों के बड़े पैमाने पर उत्पादन का समर्थन करता है।
इंसुलेटर वेवगाइड्स पर विनिर्माण:इस अध्ययन में, हमने 4-इंच LToI वेफर्स का उपयोग किया। शीर्ष एलटी परत एसएडब्ल्यू उपकरणों के लिए एक वाणिज्यिक 42 डिग्री घुमाया गया वाई-कट एलटी सब्सट्रेट है, जो स्मार्ट कटिंग प्रक्रिया को नियोजित करते हुए 3 माइक्रोन मोटी थर्मल ऑक्साइड परत के साथ सीधे सी सब्सट्रेट से जुड़ा होता है। चित्र 1(ए) एलटीओआई वेफर का शीर्ष दृश्य दिखाता है, जिसकी शीर्ष एलटी परत की मोटाई 200 एनएम है। हमने परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) का उपयोग करके शीर्ष एलटी परत की सतह खुरदरापन का आकलन किया।
चित्र 1.(ए) एलटीओआई वेफर का शीर्ष दृश्य, (बी) शीर्ष एलटी परत की सतह की एएफएम छवि, (सी) शीर्ष एलटी परत की सतह की पीएफएम छवि, (डी) एलटीओआई वेवगाइड का योजनाबद्ध क्रॉस-सेक्शन, (ई) परिकलित मौलिक टीई मोड प्रोफ़ाइल, और (एफ) SiO2 ओवरलेयर जमाव से पहले एलटीओआई वेवगाइड कोर की एसईएम छवि। जैसा कि चित्र 1 (बी) में दिखाया गया है, सतह खुरदरापन 1 एनएम से कम है, और कोई खरोंच रेखाएं नहीं देखी गईं। इसके अतिरिक्त, हमने पीजोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया बल माइक्रोस्कोपी (पीएफएम) का उपयोग करके शीर्ष एलटी परत की ध्रुवीकरण स्थिति की जांच की, जैसा कि चित्र 1 (सी) में दर्शाया गया है। हमने पुष्टि की कि बॉन्डिंग प्रक्रिया के बाद भी समान ध्रुवीकरण बनाए रखा गया था।
इस LToI सब्सट्रेट का उपयोग करके, हमने निम्नानुसार वेवगाइड का निर्माण किया। सबसे पहले, एलटी की सूखी नक़्क़ाशी के लिए एक धातु मुखौटा परत जमा की गई थी। फिर, मेटल मास्क परत के शीर्ष पर वेवगाइड कोर पैटर्न को परिभाषित करने के लिए इलेक्ट्रॉन बीम (ईबी) लिथोग्राफी की गई। इसके बाद, हमने सूखी नक़्क़ाशी के माध्यम से ईबी प्रतिरोध पैटर्न को धातु मुखौटा परत में स्थानांतरित कर दिया। बाद में, इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन अनुनाद (ईसीआर) प्लाज्मा नक़्क़ाशी का उपयोग करके एलटीओआई वेवगाइड कोर का गठन किया गया था। अंत में, धातु मास्क परत को गीली प्रक्रिया के माध्यम से हटा दिया गया, और प्लाज्मा-संवर्धित रासायनिक वाष्प जमाव का उपयोग करके एक SiO2 ओवरलेयर जमा किया गया। चित्र 1 (डी) एलटीओआई वेवगाइड का योजनाबद्ध क्रॉस-सेक्शन दिखाता है। कुल कोर ऊंचाई, प्लेट ऊंचाई और कोर चौड़ाई क्रमशः 200 एनएम, 100 एनएम और 1000 एनएम है। ध्यान दें कि ऑप्टिकल फाइबर कपलिंग के लिए वेवगाइड किनारे पर कोर की चौड़ाई 3 µm तक फैलती है।
चित्र 1 (ई) 1550 एनएम पर मौलिक अनुप्रस्थ इलेक्ट्रिक (टीई) मोड की गणना की गई ऑप्टिकल तीव्रता वितरण को प्रदर्शित करता है। चित्र 1 (एफ) SiO2 ओवरलेयर के जमाव से पहले LToI वेवगाइड कोर की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) छवि दिखाता है।
वेवगाइड विशेषताएँ:हमने सबसे पहले अलग-अलग लंबाई के एलटीओआई वेवगाइड में 1550 एनएम तरंग दैर्ध्य प्रवर्धित सहज उत्सर्जन स्रोत से टीई-ध्रुवीकृत प्रकाश इनपुट करके रैखिक हानि विशेषताओं का मूल्यांकन किया। प्रसार हानि प्रत्येक तरंग दैर्ध्य पर वेवगाइड लंबाई और संचरण के बीच संबंध के ढलान से प्राप्त की गई थी। मापा प्रसार हानियाँ क्रमशः 1530, 1550, और 1570 एनएम पर 0.32, 0.28, और 0.26 डीबी/सेमी थीं, जैसा कि चित्र 2 (ए) में दिखाया गया है। निर्मित एलटीओआई वेवगाइड्स ने अत्याधुनिक एलएनओआई वेवगाइड्स [10] के साथ तुलनीय कम-नुकसान प्रदर्शन प्रदर्शित किया।
इसके बाद, हमने चार-तरंग मिश्रण प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न तरंग दैर्ध्य रूपांतरण के माध्यम से χ(3) गैर-रैखिकता का आकलन किया। हम 1550.0 एनएम पर एक सतत तरंग पंप प्रकाश और 1550.6 एनएम पर एक सिग्नल लाइट को 12 मिमी लंबे वेवगाइड में इनपुट करते हैं। जैसा कि चित्र 2 (बी) में दिखाया गया है, बढ़ती इनपुट शक्ति के साथ चरण-संयुग्म (आइडलर) प्रकाश तरंग संकेत की तीव्रता में वृद्धि हुई है। चित्र 2 (बी) में इनसेट चार-तरंग मिश्रण के विशिष्ट आउटपुट स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। इनपुट शक्ति और रूपांतरण दक्षता के बीच संबंध से, हमने अनुमान लगाया कि नॉनलाइनियर पैरामीटर (γ) लगभग 11 W^-1m है।
चित्र तीन।(ए) निर्मित रिंग रेज़ोनेटर की माइक्रोस्कोप छवि। (बी) विभिन्न अंतराल मापदंडों के साथ रिंग रेज़ोनेटर का ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रा। (सी) 1000 एनएम के अंतराल के साथ रिंग रेज़ोनेटर का मापा और लोरेंत्ज़ियन-फिट ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम।
इसके बाद, हमने एक LToI रिंग रेज़ोनेटर बनाया और इसकी विशेषताओं का मूल्यांकन किया। चित्र 3 (ए) निर्मित रिंग रेज़ोनेटर की ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवि दिखाता है। रिंग रेज़ोनेटर में एक "रेसट्रैक" कॉन्फ़िगरेशन होता है, जिसमें 100 µm की त्रिज्या वाला एक घुमावदार क्षेत्र और लंबाई में 100 µm का एक सीधा क्षेत्र शामिल होता है। रिंग और बस वेवगाइड कोर के बीच की अंतर चौड़ाई 200 एनएम की वृद्धि में भिन्न होती है, विशेष रूप से 800, 1000 और 1200 एनएम पर। चित्र 3 (बी) प्रत्येक अंतराल के लिए ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रा प्रदर्शित करता है, जो दर्शाता है कि विलुप्त होने का अनुपात अंतराल के आकार के साथ बदलता है। इन स्पेक्ट्रा से, हमने निर्धारित किया कि 1000 एनएम का अंतर लगभग महत्वपूर्ण युग्मन स्थितियां प्रदान करता है, क्योंकि यह -26 डीबी के उच्चतम विलुप्त होने के अनुपात को प्रदर्शित करता है।
गंभीर रूप से युग्मित अनुनादक का उपयोग करते हुए, हमने लोरेंत्ज़ियन वक्र के साथ रैखिक संचरण स्पेक्ट्रम को फिट करके, 1.1 मिलियन का आंतरिक क्यू कारक प्राप्त करके गुणवत्ता कारक (क्यू कारक) का अनुमान लगाया, जैसा कि चित्र 3 (सी) में दिखाया गया है। हमारी जानकारी के अनुसार, यह वेवगाइड-युग्मित एलटीओआई रिंग रेज़ोनेटर का पहला प्रदर्शन है। विशेष रूप से, हमने जो क्यू फैक्टर मान हासिल किया है वह फाइबर-युग्मित एलटीओआई माइक्रोडिस्क रेज़ोनेटर [9] की तुलना में काफी अधिक है।
निष्कर्ष:हमने 1550 एनएम पर 0.28 डीबी/सेमी की हानि और 1.1 मिलियन के रिंग रेज़ोनेटर क्यू फैक्टर के साथ एक एलटीओआई वेवगाइड विकसित किया। प्राप्त प्रदर्शन अत्याधुनिक कम-नुकसान वाले एलएनओआई वेवगाइड के बराबर है। इसके अतिरिक्त, हमने ऑन-चिप नॉनलाइनियर अनुप्रयोगों के लिए निर्मित एलटीओआई वेवगाइड की χ(3) नॉनलाइनरिटी की जांच की।
पोस्ट करने का समय: नवंबर-20-2024