અમૂર્ત:અમે 0.28 dB/cm ના નુકશાન સાથે 1550 nm ઇન્સ્યુલેટર-આધારિત લિથિયમ ટેન્ટાલેટ વેવગાઇડ અને 1.1 મિલિયનના રિંગ રેઝોનેટર ગુણવત્તા પરિબળ વિકસાવ્યા છે. બિનરેખીય ફોટોનિક્સમાં χ(3) બિનરેખીયતાના ઉપયોગનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. લિથિયમ નિયોબેટ ઓન ઇન્સ્યુલેટર (LNoI) ના ફાયદાઓ, જે તેના "ઇન્સ્યુલેટર-ઓન" સ્ટ્રક્ચરને કારણે મજબૂત ઓપ્ટિકલ બંધિયાર સાથે ઉત્તમ χ(2) અને χ(3) નોનલાઇનર પ્રોપર્ટીઝ દર્શાવે છે, જેના કારણે અલ્ટ્રાફાસ્ટ માટે વેવગાઇડ ટેકનોલોજીમાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ થઈ છે. મોડ્યુલેટર અને સંકલિત નોનલાઇનર ફોટોનિક્સ [1-3]. LN ઉપરાંત, લિથિયમ ટેન્ટાલેટ (LT) ની પણ બિનરેખીય ફોટોનિક સામગ્રી તરીકે તપાસ કરવામાં આવી છે. LN ની તુલનામાં, LT પાસે ઊંચી ઓપ્ટિકલ ડેમેજ થ્રેશોલ્ડ અને વિશાળ ઓપ્ટિકલ પારદર્શિતા વિન્ડો [4, 5] છે, જો કે તેના ઓપ્ટિકલ પરિમાણો, જેમ કે રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ અને નોનલાઇનર ગુણાંક, LN [6, 7] જેવા જ છે. આમ, LToI ઉચ્ચ ઓપ્ટિકલ પાવર નોનલાઇનર ફોટોનિક એપ્લિકેશન્સ માટે અન્ય મજબૂત ઉમેદવાર સામગ્રી તરીકે બહાર આવે છે. વધુમાં, LToI એ સરફેસ એકોસ્ટિક વેવ (SAW) ફિલ્ટર ઉપકરણો માટે પ્રાથમિક સામગ્રી બની રહી છે, જે હાઈ-સ્પીડ મોબાઈલ અને વાયરલેસ ટેક્નોલોજીમાં લાગુ પડે છે. આ સંદર્ભમાં, LToI વેફર્સ ફોટોનિક એપ્લિકેશન માટે વધુ સામાન્ય સામગ્રી બની શકે છે. જો કે, આજની તારીખમાં, LToI પર આધારિત માત્ર થોડા જ ફોટોનિક ઉપકરણોની જાણ કરવામાં આવી છે, જેમ કે માઇક્રોડિસ્ક રિઝોનેટર્સ [8] અને ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક ફેઝ શિફ્ટર્સ [9]. આ પેપરમાં, અમે રિંગ રેઝોનેટરમાં ઓછી ખોટવાળી LToI વેવગાઇડ અને તેની એપ્લિકેશન રજૂ કરીએ છીએ. વધુમાં, અમે LToI વેવગાઇડની χ(3) બિનરેખીય લાક્ષણિકતાઓ પ્રદાન કરીએ છીએ.
મુખ્ય મુદ્દાઓ:
• 4-ઇંચથી 6-ઇંચની LToI વેફર્સ, પાતળી-ફિલ્મ લિથિયમ ટેન્ટાલેટ વેફર્સ, 100 nm થી 1500 nm સુધીની ટોચની જાડાઈ સાથે, સ્થાનિક તકનીક અને પરિપક્વ પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને ઓફર કરે છે.
• સિનોઈ: અલ્ટ્રા-લો લોસ સિલિકોન નાઈટ્રાઈડ થિન-ફિલ્મ વેફર્સ.
• SICOI: સિલિકોન કાર્બાઇડ ફોટોનિક ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ માટે ઉચ્ચ-શુદ્ધતા અર્ધ-ઇન્સ્યુલેટિંગ સિલિકોન કાર્બાઇડ પાતળી-ફિલ્મ સબસ્ટ્રેટ્સ.
• LTOI: લિથિયમ નિયોબેટ, પાતળી-ફિલ્મ લિથિયમ ટેન્ટાલેટ વેફર્સ માટે મજબૂત હરીફ.
• LNOI: 8-ઇંચ LNOI મોટા પાયે પાતળા-ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ઉત્પાદનોના મોટા પાયે ઉત્પાદનને સમર્થન આપે છે.
ઇન્સ્યુલેટર વેવગાઇડ્સ પર ઉત્પાદન:આ અભ્યાસમાં, અમે 4-ઇંચ LToI વેફર્સનો ઉપયોગ કર્યો. ટોચનું LT લેયર એ SAW ઉપકરણો માટે વ્યાપારી 42° રોટેટેડ Y-કટ LT સબસ્ટ્રેટ છે, જે 3 µm જાડા થર્મલ ઓક્સાઇડ લેયર સાથે સીધા Si સબસ્ટ્રેટ સાથે જોડાયેલું છે, જે સ્માર્ટ કટીંગ પ્રક્રિયાને રોજગારી આપે છે. આકૃતિ 1(a) 200 nm ની ટોચની LT સ્તર જાડાઈ સાથે LToI વેફરનું ટોચનું દૃશ્ય દર્શાવે છે. અમે એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપી (AFM) નો ઉપયોગ કરીને ટોચના LT સ્તરની સપાટીની ખરબચડીનું મૂલ્યાંકન કર્યું.
આકૃતિ 1.(a) LToI વેફરનું ટોચનું દૃશ્ય, (b) ટોચના LT સ્તરની સપાટીની AFM છબી, (c) ટોચના LT સ્તરની સપાટીની PFM છબી, (d) LToI વેવગાઇડનો યોજનાકીય ક્રોસ-સેક્શન, (e) ગણતરી કરેલ મૂળભૂત TE મોડ પ્રોફાઇલ, અને (f) SiO2 ઓવરલેયર ડિપોઝિશન પહેલાં LToI વેવગાઇડ કોરની SEM છબી. આકૃતિ 1 (b) માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સપાટીની ખરબચડી 1 nm કરતાં ઓછી છે, અને કોઈ સ્ક્રેચ લાઇન જોવા મળી નથી. વધુમાં, અમે પીઝોઈલેક્ટ્રિક રિસ્પોન્સ ફોર્સ માઈક્રોસ્કોપી (PFM) નો ઉપયોગ કરીને ટોચના LT સ્તરની ધ્રુવીકરણ સ્થિતિની તપાસ કરી, જેમ કે આકૃતિ 1 (c) માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. અમે પુષ્ટિ કરી છે કે બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા પછી પણ એકસમાન ધ્રુવીકરણ જાળવવામાં આવ્યું હતું.
આ LToI સબસ્ટ્રેટનો ઉપયોગ કરીને, અમે નીચે પ્રમાણે વેવગાઈડ બનાવ્યું છે. પ્રથમ, એલટીના અનુગામી ડ્રાય ઇચિંગ માટે મેટલ માસ્ક લેયર જમા કરવામાં આવ્યું હતું. પછી, મેટલ માસ્ક સ્તરની ટોચ પર વેવગાઇડ કોર પેટર્નને વ્યાખ્યાયિત કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોન બીમ (EB) લિથોગ્રાફી કરવામાં આવી હતી. આગળ, અમે EB રેઝિસ્ટ પેટર્નને ડ્રાય એચિંગ દ્વારા મેટલ માસ્ક લેયરમાં ટ્રાન્સફર કરી. પછીથી, ઈલેક્ટ્રોન સાયક્લોટ્રોન રેઝોનન્સ (ઈસીઆર) પ્લાઝ્મા ઈચિંગનો ઉપયોગ કરીને એલટીઓઆઈ વેવગાઈડ કોરની રચના કરવામાં આવી હતી. છેલ્લે, ધાતુના માસ્કનું સ્તર ભીની પ્રક્રિયા દ્વારા દૂર કરવામાં આવ્યું હતું, અને પ્લાઝ્મા-ઉન્નત રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશનનો ઉપયોગ કરીને SiO2 ઓવરલેયર જમા કરવામાં આવ્યું હતું. આકૃતિ 1 (d) LToI વેવગાઇડનો યોજનાકીય ક્રોસ-સેક્શન બતાવે છે. કુલ કોર ઊંચાઈ, પ્લેટની ઊંચાઈ અને કોરની પહોળાઈ અનુક્રમે 200 nm, 100 nm અને 1000 nm છે. નોંધ કરો કે ઓપ્ટિકલ ફાઈબર કપલિંગ માટે વેવગાઈડ કિનારે કોર પહોળાઈ 3 µm સુધી વિસ્તરે છે.
આકૃતિ 1 (e) 1550 nm પર મૂળભૂત ટ્રાંસવર્સ ઇલેક્ટ્રિક (TE) મોડના ગણતરી કરેલ ઓપ્ટિકલ તીવ્રતા વિતરણ દર્શાવે છે. આકૃતિ 1 (f) SiO2 ઓવરલેયરના જુબાની પહેલાં LToI વેવગાઇડ કોરની સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ (SEM) છબી દર્શાવે છે.
વેવગાઇડ લાક્ષણિકતાઓ:અમે પ્રથમ 1550 nm તરંગલંબાઇ એમ્પ્લીફાઇડ સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન સ્ત્રોતમાંથી વિવિધ લંબાઈના LToI વેવગાઇડ્સમાં TE-ધ્રુવીકૃત પ્રકાશને ઇનપુટ કરીને રેખીય નુકશાન લાક્ષણિકતાઓનું મૂલ્યાંકન કર્યું. દરેક તરંગલંબાઇ પર વેવગાઇડ લંબાઈ અને ટ્રાન્સમિશન વચ્ચેના સંબંધના ઢોળાવમાંથી પ્રચાર નુકશાન મેળવવામાં આવ્યું હતું. આકૃતિ 2 (a) માં બતાવ્યા પ્રમાણે, માપેલ પ્રચાર નુકશાન અનુક્રમે 1530, 1550, અને 1570 nm પર 0.32, 0.28, અને 0.26 dB/cm હતા. બનાવટી LToI વેવગાઇડ્સે અત્યાધુનિક LNoI વેવગાઇડ્સ [10] સાથે તુલનાત્મક ઓછા-નુકસાન પ્રદર્શનનું પ્રદર્શન કર્યું.
આગળ, અમે ચાર-તરંગ મિશ્રણ પ્રક્રિયા દ્વારા જનરેટ કરાયેલ તરંગલંબાઇ રૂપાંતરણ દ્વારા χ(3) બિનરેખીયતાનું મૂલ્યાંકન કર્યું. અમે 12 mm લાંબી વેવગાઇડમાં 1550.0 nm પર સતત વેવ પંપ લાઇટ અને 1550.6 nm પર સિગ્નલ લાઇટ ઇનપુટ કરીએ છીએ. આકૃતિ 2 (b) માં બતાવ્યા પ્રમાણે, તબક્કો-કન્જુગેટ (આઇડલર) લાઇટ વેવ સિગ્નલની તીવ્રતા વધતી ઇનપુટ પાવર સાથે વધી છે. આકૃતિ 2 (b) માંનો ઇનસેટ ચાર-તરંગ મિશ્રણનું લાક્ષણિક આઉટપુટ સ્પેક્ટ્રમ દર્શાવે છે. ઇનપુટ પાવર અને રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા વચ્ચેના સંબંધથી, અમે નોનલાઇનર પેરામીટર (γ) અંદાજે 11 W^-1m હોવાનો અંદાજ લગાવ્યો છે.
આકૃતિ 3.(a) ફેબ્રિકેટેડ રીંગ રેઝોનેટરની માઇક્રોસ્કોપ ઇમેજ. (b) વિવિધ ગેપ પરિમાણો સાથે રીંગ રેઝોનેટરનું ટ્રાન્સમિશન સ્પેક્ટ્રા. (c) 1000 nm ના ગેપ સાથે રીંગ રેઝોનેટરનું માપેલ અને લોરેન્ટ્ઝિયન ફીટ ટ્રાન્સમિશન સ્પેક્ટ્રમ.
આગળ, અમે LToI રિંગ રેઝોનેટર બનાવ્યું અને તેની લાક્ષણિકતાઓનું મૂલ્યાંકન કર્યું. આકૃતિ 3 (a) ફેબ્રિકેટેડ રીંગ રેઝોનેટરની ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપ ઇમેજ બતાવે છે. રીંગ રેઝોનેટર "રેસટ્રેક" રૂપરેખાંકન ધરાવે છે, જેમાં 100 µm ત્રિજ્યા સાથે વક્ર પ્રદેશ અને 100 µm લંબાઈનો સીધો વિસ્તાર હોય છે. રિંગ અને બસ વેવગાઇડ કોર વચ્ચેની પહોળાઈ 200 એનએમના વધારામાં બદલાય છે, ખાસ કરીને 800, 1000 અને 1200 એનએમ પર. આકૃતિ 3 (b) દરેક ગેપ માટે ટ્રાન્સમિશન સ્પેક્ટ્રા દર્શાવે છે, જે દર્શાવે છે કે લુપ્તતા ગુણોત્તર ગેપના કદ સાથે બદલાય છે. આ સ્પેક્ટ્રામાંથી, અમે નિર્ધારિત કર્યું કે 1000 nm ગેપ લગભગ જટિલ જોડાણ સ્થિતિઓ પ્રદાન કરે છે, કારણ કે તે -26 dB નો સર્વોચ્ચ લુપ્તતા ગુણોત્તર દર્શાવે છે.
વિવેચનાત્મક રીતે જોડાયેલા રેઝોનેટરનો ઉપયોગ કરીને, અમે આકૃતિ 3 (c) માં બતાવ્યા પ્રમાણે, 1.1 મિલિયનનું આંતરિક Q પરિબળ મેળવીને, રેખીય ટ્રાન્સમિશન સ્પેક્ટ્રમને લોરેન્ટ્ઝિયન કર્વ સાથે ફીટ કરીને ગુણવત્તા પરિબળ (Q પરિબળ) નો અંદાજ લગાવ્યો. અમારી જાણકારી મુજબ, આ વેવગાઈડ-કપ્લ્ડ LToI રિંગ રેઝોનેટરનું પ્રથમ પ્રદર્શન છે. નોંધનીય રીતે, અમે પ્રાપ્ત કરેલ Q પરિબળ મૂલ્ય ફાઇબર-કપ્લ્ડ LToI માઇક્રોડિસ્ક રિઝોનેટર [9] કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે.
નિષ્કર્ષ:અમે 1550 nm પર 0.28 dB/cm ના નુકસાન સાથે અને 1.1 મિલિયનના રિંગ રેઝોનેટર Q પરિબળ સાથે LToI વેવગાઇડ વિકસાવી છે. મેળવેલ પ્રદર્શન અત્યાધુનિક લો-લોસ LNoI વેવગાઈડ સાથે સરખાવી શકાય તેવું છે. વધુમાં, અમે ઓન-ચિપ નોનલાઇનર એપ્લીકેશન માટે ઉત્પાદિત LToI વેવગાઇડની χ(3) બિનરેખીયતાની તપાસ કરી.
પોસ્ટ સમય: નવેમ્બર-20-2024