अमूर्त:हमने 0.28 dB/cm की हानि और 1.1 मिलियन के रिंग रेज़ोनेटर गुणवत्ता कारक के साथ 1550 nm इन्सुलेटर-आधारित लिथियम टैंटलेट वेवगाइड विकसित किया है। अरैखिक फोटोनिक्स में χ(3) अरैखिकता के अनुप्रयोग का अध्ययन किया गया है। लिथियम नाइओबेट ऑन इंसुलेटर (LNoI) के लाभों, जो अपनी "इंसुलेटर-ऑन" संरचना के कारण उत्कृष्ट χ(2) और χ(3) अरैखिक गुणों के साथ-साथ मजबूत प्रकाशीय परिरोध प्रदर्शित करते हैं, ने अल्ट्राफास्ट मॉड्यूलेटर और एकीकृत अरैखिक फोटोनिक्स [1-3] के लिए वेवगाइड तकनीक में महत्वपूर्ण प्रगति की है। LN के अलावा, लिथियम टैंटलेट (LT) की भी एक अरैखिक फोटोनिक पदार्थ के रूप में जाँच 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 गैर-रैखिक गुणांक, एलएन [6, 7] के समान हैं। इस प्रकार, एलटीओआई उच्च ऑप्टिकल पावर गैर-रैखिक फोटोनिक अनुप्रयोगों के लिए एक और मजबूत उम्मीदवार सामग्री के रूप में सामने आता है। इसके अलावा, एलटीओआई सतह ध्वनिक तरंग (एसएडब्ल्यू) फ़िल्टर उपकरणों के लिए एक प्राथमिक सामग्री बन रही है, जो उच्च गति वाले मोबाइल और वायरलेस प्रौद्योगिकियों में लागू होती है। इस संदर्भ में, एलटीओआई वेफर्स फोटोनिक अनुप्रयोगों के लिए अधिक सामान्य सामग्री बन सकते हैं। हालांकि, आज तक, एलटीओआई पर आधारित कुछ ही फोटोनिक उपकरणों की सूचना दी गई है
प्रमुख बिंदु:
• घरेलू प्रौद्योगिकी और परिपक्व प्रक्रियाओं का उपयोग करते हुए, 4-इंच से 6-इंच एलटीओआई वेफर्स, पतली फिल्म लिथियम टैंटलेट वेफर्स, 100 एनएम से 1500 एनएम तक की ऊपरी परत की मोटाई के साथ उपलब्ध कराना।
• 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 नियोबेट, पतली फिल्म लिथियम टैंटलेट वेफर्स का एक मजबूत प्रतियोगी।
• एलएनओआई: 8-इंच एलएनओआई बड़े पैमाने पर पतली फिल्म लिथियम नियोबेट उत्पादों के बड़े पैमाने पर उत्पादन का समर्थन करता है।
इन्सुलेटर वेवगाइड पर विनिर्माण:इस अध्ययन में, हमने 4-इंच LToI वेफर्स का उपयोग किया। ऊपरी LT परत SAW उपकरणों के लिए एक व्यावसायिक 42° घूर्णनित Y-कट LT सब्सट्रेट है, जो एक स्मार्ट कटिंग प्रक्रिया का उपयोग करते हुए, 3 µm मोटी थर्मल ऑक्साइड परत वाले Si सब्सट्रेट से सीधे जुड़ा होता है। चित्र 1(a) LToI वेफर का शीर्ष दृश्य दिखाता है, जिसमें ऊपरी LT परत की मोटाई 200 nm है। हमने परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (AFM) का उपयोग करके ऊपरी LT परत की सतही खुरदरापन का आकलन किया।
चित्र 1.(a) LToI वेफर का शीर्ष दृश्य, (b) शीर्ष LT परत की सतह का AFM प्रतिबिम्ब, (c) शीर्ष LT परत की सतह का PFM प्रतिबिम्ब, (d) LToI वेवगाइड का योजनाबद्ध अनुप्रस्थ काट, (e) परिकलित मूलभूत TE मोड प्रोफ़ाइल, और (f) SiO2 ओवरलेयर निक्षेपण से पहले LToI वेवगाइड कोर का SEM प्रतिबिम्ब। जैसा कि चित्र 1 (b) में दिखाया गया है, सतह का खुरदरापन 1 nm से कम है, और कोई खरोंच रेखाएँ नहीं देखी गईं। इसके अतिरिक्त, हमने पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया बल माइक्रोस्कोपी (PFM) का उपयोग करके शीर्ष LT परत की ध्रुवीकरण अवस्था की जाँच की, जैसा कि चित्र 1 (c) में दर्शाया गया है। हमने पुष्टि की कि बंधन प्रक्रिया के बाद भी एकसमान ध्रुवीकरण बना रहा।
इस LToI सब्सट्रेट का उपयोग करके, हमने वेवगाइड का निर्माण इस प्रकार किया। सबसे पहले, LT की बाद की शुष्क नक़्क़ाशी के लिए एक धातु मास्क परत जमा की गई। फिर, धातु मास्क परत के शीर्ष पर वेवगाइड कोर पैटर्न को परिभाषित करने के लिए इलेक्ट्रॉन बीम (EB) लिथोग्राफी की गई। इसके बाद, हमने शुष्क नक़्क़ाशी के माध्यम से EB प्रतिरोध पैटर्न को धातु मास्क परत में स्थानांतरित किया। इसके बाद, इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन अनुनाद (ECR) प्लाज्मा नक़्क़ाशी का उपयोग करके LToI वेवगाइड कोर का निर्माण किया गया। अंत में, धातु मास्क परत को एक गीली प्रक्रिया के माध्यम से हटा दिया गया, और प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव का उपयोग करके एक SiO2 ओवरलेयर जमा किया गया। चित्र 1 (d) LToI वेवगाइड का योजनाबद्ध अनुप्रस्थ काट दर्शाता है। कुल कोर ऊँचाई, प्लेट ऊँचाई और कोर चौड़ाई क्रमशः 200 nm, 100 nm और 1000 nm हैं। ध्यान दें कि ऑप्टिकल फाइबर युग्मन के लिए कोर की चौड़ाई वेवगाइड किनारे पर 3 µm तक फैलती है।
चित्र 1 (e) 1550 nm पर मूलभूत अनुप्रस्थ विद्युत (TE) विधा के परिकलित प्रकाशीय तीव्रता वितरण को प्रदर्शित करता है। चित्र 1 (f) SiO2 ओवरलेयर के निक्षेपण से पहले LToI वेवगाइड कोर की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) छवि को दर्शाता है।
वेवगाइड विशेषताएँ:हमने सबसे पहले 1550 नैनोमीटर तरंगदैर्ध्य वाले प्रवर्धित स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन स्रोत से TE-ध्रुवीकृत प्रकाश को विभिन्न लंबाई के LToI वेवगाइड में इनपुट करके रैखिक हानि अभिलक्षणों का मूल्यांकन किया। प्रसार हानि, प्रत्येक तरंगदैर्ध्य पर वेवगाइड की लंबाई और संचरण के बीच संबंध के ढलान से प्राप्त की गई थी। मापी गई प्रसार हानियाँ क्रमशः 1530, 1550, और 1570 नैनोमीटर पर 0.32, 0.28, और 0.26 dB/cm थीं, जैसा कि चित्र 2 (a) में दिखाया गया है। निर्मित LToI वेवगाइड ने अत्याधुनिक LNoI वेवगाइड [10] के बराबर कम-हानि प्रदर्शन प्रदर्शित किया।
इसके बाद, हमने चार-तरंग मिश्रण प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न तरंगदैर्ध्य रूपांतरण के माध्यम से χ(3) अरैखिकता का आकलन किया। हमने 1550.0 nm पर एक सतत तरंग पंप प्रकाश और 1550.6 nm पर एक संकेत प्रकाश को 12 मिमी लंबे वेवगाइड में इनपुट किया। जैसा कि चित्र 2 (b) में दिखाया गया है, बढ़ती इनपुट शक्ति के साथ चरण-संयुग्मी (आइडलर) प्रकाश तरंग संकेत तीव्रता में वृद्धि हुई। चित्र 2 (b) में इनसेट चार-तरंग मिश्रण के विशिष्ट आउटपुट स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। इनपुट शक्ति और रूपांतरण दक्षता के बीच संबंध से, हमने अरैखिक पैरामीटर (γ) का अनुमान लगभग 11 W^-1m लगाया।
चित्र तीन।(क) निर्मित रिंग रेज़ोनेटर की माइक्रोस्कोप छवि। (ख) विभिन्न अंतराल मापदंडों के साथ रिंग रेज़ोनेटर का ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम। (ग) 1000 एनएम के अंतराल के साथ रिंग रेज़ोनेटर का मापा और लोरेन्ट्ज़ियन-फिटेड ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम।
इसके बाद, हमने एक LToI रिंग रेज़ोनेटर का निर्माण किया और उसकी विशेषताओं का मूल्यांकन किया। चित्र 3 (a) निर्मित रिंग रेज़ोनेटर का प्रकाशिक सूक्ष्मदर्शी प्रतिबिम्ब दर्शाता है। रिंग रेज़ोनेटर में एक "रेसट्रैक" संरचना है, जिसमें 100 µm त्रिज्या वाला एक वक्र क्षेत्र और 100 µm लंबाई का एक सीधा क्षेत्र शामिल है। रिंग और बस वेवगाइड कोर के बीच अंतराल की चौड़ाई 200 nm के अंतराल में, विशेष रूप से 800, 1000, और 1200 nm पर, बदलती रहती है। चित्र 3 (b) प्रत्येक अंतराल के लिए संचरण स्पेक्ट्रा प्रदर्शित करता है, जो दर्शाता है कि विलुप्ति अनुपात अंतराल के आकार के साथ बदलता है। इन स्पेक्ट्रा से, हमने निर्धारित किया कि 1000 nm का अंतराल लगभग महत्वपूर्ण युग्मन स्थितियाँ प्रदान करता है, क्योंकि यह -26 dB का उच्चतम विलुप्ति अनुपात प्रदर्शित करता है।
क्रिटिकली कपल्ड रेज़ोनेटर का उपयोग करते हुए, हमने रैखिक संचरण स्पेक्ट्रम को लोरेंत्ज़ियन वक्र के साथ समायोजित करके गुणवत्ता कारक (Q कारक) का अनुमान लगाया, जिससे 1.1 मिलियन का आंतरिक Q कारक प्राप्त हुआ, जैसा कि चित्र 3 (c) में दिखाया गया है। हमारी जानकारी के अनुसार, यह वेवगाइड-युग्मित LToI रिंग रेज़ोनेटर का पहला प्रदर्शन है। उल्लेखनीय रूप से, हमने जो Q कारक मान प्राप्त किया है, वह फाइबर-युग्मित LToI माइक्रोडिस्क रेज़ोनेटर [9] की तुलना में काफी अधिक है।
निष्कर्ष:हमने 1550 नैनोमीटर पर 0.28 dB/सेमी की हानि और 1.1 मिलियन के रिंग रेज़ोनेटर Q कारक वाला एक LToI वेवगाइड विकसित किया है। प्राप्त प्रदर्शन अत्याधुनिक निम्न-हानि LNoI वेवगाइड के बराबर है। इसके अतिरिक्त, हमने ऑन-चिप अरैखिक अनुप्रयोगों के लिए निर्मित LToI वेवगाइड की χ(3) अरैखिकता की जाँच की।
पोस्ट करने का समय: 20 नवंबर 2024