अमूर्त:हमने 0.28 डीबी/सेमी की हानि और 1.1 मिलियन के रिंग रेज़ोनेटर गुणवत्ता कारक के साथ 1550 एनएम इन्सुलेटर-आधारित लिथियम टैंटलेट वेवगाइड विकसित किया है। नॉनलाइनियर फोटोनिक्स में χ(3) नॉनलाइनियरिटी के अनुप्रयोग का अध्ययन किया गया है। लिथियम नियोबेट ऑन इंसुलेटर (LNoI) के लाभ, जो अपने "इंसुलेटर-ऑन" संरचना के कारण मजबूत ऑप्टिकल कारावास के साथ-साथ उत्कृष्ट χ(2) और χ(3) नॉनलाइनियर गुणों को प्रदर्शित करता है, ने अल्ट्राफास्ट मॉड्यूलेटर और एकीकृत नॉनलाइनियर फोटोनिक्स [1-3] के लिए वेवगाइड तकनीक में महत्वपूर्ण प्रगति की है। LN के अलावा, लिथियम टैंटलेट (LT) की भी एक नॉनलाइनियर 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 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 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, जैसे कि माइक्रोडिस्क रेज़ोनेटर [8] और इलेक्ट्रो-ऑप्टिक फ़ेज़ शिफ्ट
प्रमुख बिंदु:
• घरेलू प्रौद्योगिकी और परिपक्व प्रक्रियाओं का उपयोग करते हुए, 4 इंच से 6 इंच के एलटीओआई वेफर्स, पतली फिल्म लिथियम टैंटालेट वेफर्स की पेशकश, जिनकी ऊपरी परत की मोटाई 100 एनएम से 1500 एनएम तक है।
• 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 सबस्ट्रेट्स।
• एलटीओआई: लिथियम नियोबेट, पतली फिल्म लिथियम टैंटालेट 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 वेफ़र का उपयोग किया। शीर्ष LT परत SAW उपकरणों के लिए एक वाणिज्यिक 42° घुमाए गए Y-कट LT सब्सट्रेट है, जो एक स्मार्ट कटिंग प्रक्रिया का उपयोग करते हुए 3 µm मोटी थर्मल ऑक्साइड परत के साथ एक Si सब्सट्रेट से सीधे जुड़ा हुआ है। चित्र 1(a) LToI वेफ़र का शीर्ष दृश्य दिखाता है, जिसमें शीर्ष LT परत की मोटाई 200 nm है। हमने परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (AFM) का उपयोग करके शीर्ष LT 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) गणना की गई 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 रेखा नहीं देखी गई। इसके अतिरिक्त, हमने पीजोइलेक्ट्रिक रिस्पॉन्स फोर्स 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 एक समान ध्रुवीकरण बनाए रखा गया था।
इस LToI सब्सट्रेट का उपयोग करके, हमने वेवगाइड को इस प्रकार तैयार किया। सबसे पहले, LT की बाद की सूखी नक्काशी के लिए एक धातु मास्क परत जमा की गई थी। फिर, धातु मास्क परत के शीर्ष पर वेवगाइड कोर पैटर्न को परिभाषित करने के लिए इलेक्ट्रॉन बीम (EB) लिथोग्राफी की गई। इसके बाद, हमने सूखी नक्काशी के माध्यम से EB प्रतिरोध पैटर्न को धातु मास्क परत में स्थानांतरित किया। इसके बाद, इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन अनुनाद (ECR) प्लाज्मा नक्काशी 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 था, और प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव का उपयोग करके एक SiO2 ओवरलेयर जमा किया गया था। चित्र 1 (d) LToI वेवगाइड के योजनाबद्ध क्रॉस-सेक्शन को दर्शाता है। कुल कोर ऊंचाई, प्लेट ऊंचाई और कोर चौड़ाई क्रमशः 200 एनएम, 100 एनएम और 1000 एनएम हैं। ध्यान दें कि ऑप्टिकल फाइबर युग्मन के लिए कोर की चौड़ाई वेवगाइड किनारे पर 3 µm तक फैलती है।
चित्र 1 (ई) 1550 एनएम पर मौलिक अनुप्रस्थ विद्युत (टीई) मोड के परिकलित ऑप्टिकल तीव्रता वितरण को प्रदर्शित करता है। चित्र 1 (एफ) SiO2 ओवरलेयर के जमाव से पहले LToI वेवगाइड कोर की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसईएम) छवि को दर्शाता है।
वेवगाइड विशेषताएँ:हमने सबसे पहले 1550 एनएम तरंगदैर्घ्य वाले प्रवर्धित स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन स्रोत से TE-ध्रुवीकृत प्रकाश को अलग-अलग लंबाई के LToI वेवगाइड में इनपुट करके रैखिक हानि विशेषताओं का मूल्यांकन किया। प्रसार हानि प्रत्येक तरंगदैर्घ्य पर वेवगाइड लंबाई और संचरण के बीच संबंध के ढलान से प्राप्त की गई थी। मापी गई प्रसार हानियाँ क्रमशः 1530, 1550 और 1570 एनएम 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) गैर-रैखिकता का आकलन किया। हमने 1550.0 एनएम पर एक सतत तरंग पंप प्रकाश और 1550.6 एनएम पर एक सिग्नल प्रकाश को 12 मिमी लंबे वेवगाइड में इनपुट किया। जैसा कि चित्र 2 (बी) में दिखाया गया है, चरण-संयुग्म (आइडलर) प्रकाश तरंग संकेत तीव्रता बढ़ती इनपुट शक्ति के साथ बढ़ी। चित्र 2 (बी) में इनसेट चार-तरंग मिश्रण के विशिष्ट आउटपुट स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। इनपुट पावर और रूपांतरण दक्षता के बीच संबंध से, हमने गैर-रैखिक 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 के ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रा। (ग) 1000 एनएम के अंतराल के साथ रिंग रेज़ोनेटर का मापा और लोरेंट्ज़ियन-फिटेड 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" विन्यास है, जिसमें 100 µm की त्रिज्या वाला एक घुमावदार क्षेत्र और 100 µm लंबाई का एक सीधा क्षेत्र शामिल है। रिंग और बस वेवगाइड कोर के बीच अंतराल की 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 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 एनएम का अंतराल लगभग महत्वपूर्ण युग्मन स्थितियां प्रदान करता है, क्योंकि यह -26 डीबी का उच्चतम विलुप्ति अनुपात प्रदर्शित करता है।
क्रिटिकली कपल्ड रेज़ोनेटर का उपयोग करते हुए, हमने रैखिक ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम को लोरेंट्ज़ियन वक्र के साथ फ़िट करके गुणवत्ता कारक (Q फ़ैक्टर) का अनुमान लगाया, जिससे 1.1 मिलियन का आंतरिक Q फ़ैक्टर प्राप्त हुआ, जैसा कि चित्र 3 (c) में दिखाया गया है। हमारे ज्ञान के अनुसार, यह वेवगाइड-युग्मित LToI रिंग रेज़ोनेटर का पहला प्रदर्शन है। उल्लेखनीय रूप से, हमने जो Q फ़ैक्टर मान प्राप्त किया है, वह फ़ाइबर-युग्मित LToI 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-हानि वाले एलएनओआई वेवगाइड के बराबर है। इसके अतिरिक्त, हमने ऑन-चिप नॉनलाइनियर अनुप्रयोगों के लिए निर्मित एलटीओआई वेवगाइड की χ(3) नॉनलाइनियरिटी की जांच की।
पोस्ट करने का समय: नवम्बर-20-2024