സംഗ്രഹം:0.28 dB/cm നഷ്‌ടവും 1.1 ദശലക്ഷത്തിൻ്റെ റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ഗുണനിലവാര ഘടകവും ഉള്ള 1550 nm ഇൻസുലേറ്റർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ലിഥിയം ടാൻ്റലേറ്റ് വേവ്ഗൈഡ് ഞങ്ങൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. നോൺ-ലീനിയർ ഫോട്ടോണിക്സിൽ χ(3) നോൺലീനിയാരിറ്റിയുടെ പ്രയോഗം പഠിച്ചു. മികച്ച χ(2), χ(3) നോൺ-ലീനിയർ ഗുണങ്ങളും അതിൻ്റെ "ഇൻസുലേറ്റർ-ഓൺ" ഘടന കാരണം ശക്തമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ കൺഫ്യൂഷനും പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് ഓൺ ഇൻസുലേറ്ററിൻ്റെ (LNoI) ഗുണങ്ങൾ അൾട്രാഫാസ്റ്റിനുള്ള വേവ്ഗൈഡ് സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ കാര്യമായ പുരോഗതിക്ക് കാരണമായി. മോഡുലേറ്ററുകളും ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് നോൺലീനിയർ ഫോട്ടോണിക്സും [1-3]. LN കൂടാതെ, ലിഥിയം ടാൻ്റലേറ്റും (LT) ഒരു നോൺ-ലീനിയർ ഫോട്ടോണിക് മെറ്റീരിയലായി അന്വേഷിച്ചു. LN-നെ അപേക്ഷിച്ച്, LT-ന് ഉയർന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ കേടുപാടുകൾ ത്രെഷോൾഡും വിശാലമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ സുതാര്യത വിൻഡോയും ഉണ്ട് [4, 5], എന്നിരുന്നാലും അതിൻ്റെ ഒപ്റ്റിക്കൽ പാരാമീറ്ററുകളായ റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്സ്, നോൺ-ലീനിയർ ഗുണകങ്ങൾ എന്നിവ LN-ന് സമാനമാണ് [6, 7]. അതിനാൽ, ഉയർന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ പവർ നോൺലീനിയർ ഫോട്ടോണിക് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കുള്ള മറ്റൊരു ശക്തമായ കാൻഡിഡേറ്റ് മെറ്റീരിയലായി LToI വേറിട്ടുനിൽക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഉയർന്ന വേഗതയുള്ള മൊബൈൽ, വയർലെസ് സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ ബാധകമായ, ഉപരിതല അക്കോസ്റ്റിക് വേവ് (SAW) ഫിൽട്ടർ ഉപകരണങ്ങൾക്കുള്ള ഒരു പ്രാഥമിക മെറ്റീരിയലായി LToI മാറുന്നു. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ഫോട്ടോണിക്ക് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി LToI വേഫറുകൾ കൂടുതൽ സാധാരണമായ മെറ്റീരിയലായി മാറിയേക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ഇന്നുവരെ, മൈക്രോഡിസ്ക് റെസൊണേറ്ററുകൾ [8], ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് ഫേസ് ഷിഫ്റ്ററുകൾ [9] എന്നിങ്ങനെ LToI അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ചില ഫോട്ടോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ മാത്രമേ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ളൂ. ഈ പേപ്പറിൽ, ഞങ്ങൾ ഒരു ലോസ് ലോസ് LToI വേവ്ഗൈഡും അതിൻ്റെ ആപ്ലിക്കേഷനും ഒരു റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിൽ അവതരിപ്പിക്കുന്നു. കൂടാതെ, LToI വേവ്ഗൈഡിൻ്റെ χ(3) നോൺ-ലീനിയർ സവിശേഷതകൾ ഞങ്ങൾ നൽകുന്നു.
പ്രധാന പോയിൻ്റുകൾ:
• ഗാർഹിക സാങ്കേതികവിദ്യയും മുതിർന്ന പ്രക്രിയകളും ഉപയോഗിച്ച് 100 nm മുതൽ 1500 nm വരെയുള്ള മുകളിലെ പാളി കട്ടിയുള്ള 4-ഇഞ്ച് മുതൽ 6-ഇഞ്ച് വരെ LToI വേഫറുകൾ, നേർത്ത-ഫിലിം ലിഥിയം ടാൻ്റലേറ്റ് വേഫറുകൾ എന്നിവ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.
• സിനോയി: അൾട്രാ ലോസ് സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് തിൻ-ഫിലിം വേഫറുകൾ.
• SICOI: സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ഫോട്ടോണിക് ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടുകൾക്കായുള്ള ഹൈ-പ്യൂരിറ്റി സെമി-ഇൻസുലേറ്റിംഗ് സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് നേർത്ത-ഫിലിം സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ.
• LTOI: ലിഥിയം നിയോബേറ്റ്, നേർത്ത-ഫിലിം ലിഥിയം ടാൻ്റലേറ്റ് വേഫറുകളുടെ ശക്തമായ എതിരാളി.
• LNOI: 8 ഇഞ്ച് LNOI വലിയ തോതിലുള്ള നേർത്ത-ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ വൻതോതിലുള്ള ഉൽപ്പാദനത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു.
ഇൻസുലേറ്റർ വേവ് ഗൈഡുകളുടെ നിർമ്മാണം:ഈ പഠനത്തിൽ, ഞങ്ങൾ 4 ഇഞ്ച് LToI വേഫറുകൾ ഉപയോഗിച്ചു. SAW ഉപകരണങ്ങൾക്കായുള്ള വാണിജ്യാടിസ്ഥാനത്തിലുള്ള 42° റൊട്ടേറ്റഡ് Y-കട്ട് LT സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റാണ് മുകളിലെ LT ലെയർ, ഇത് 3 µm കട്ടിയുള്ള തെർമൽ ഓക്‌സൈഡ് ലെയറുള്ള ഒരു Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുമായി നേരിട്ട് ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് ഒരു മികച്ച കട്ടിംഗ് പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കുന്നു. 200 nm മുകളിലെ LT ലെയർ കനം ഉള്ള LToI വേഫറിൻ്റെ മുകളിലെ കാഴ്ച ചിത്രം 1(a) കാണിക്കുന്നു. ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്കോപ്പി (AFM) ഉപയോഗിച്ച് മുകളിലെ LT ലെയറിൻ്റെ ഉപരിതല പരുക്കൻത ഞങ്ങൾ വിലയിരുത്തി.
ചിത്രം 1.(a) LToI വേഫറിൻ്റെ മുകളിലെ കാഴ്ച, (b) മുകളിലെ LT ലെയറിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൻ്റെ AFM ചിത്രം, (c) മുകളിലെ LT ലെയറിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൻ്റെ PFM ചിത്രം, (d) LToI വേവ്ഗൈഡിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ക്രോസ്-സെക്ഷൻ, (ഇ) കണക്കാക്കിയ അടിസ്ഥാന ടിഇ മോഡ് പ്രൊഫൈൽ, കൂടാതെ (എഫ്) SiO2 ഓവർലേയർ ഡിപ്പോസിഷന് മുമ്പുള്ള LToI വേവ്ഗൈഡ് കോറിൻ്റെ SEM ഇമേജ്. ചിത്രം 1 (b) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഉപരിതല പരുക്കൻ 1 nm ൽ കുറവാണ്, കൂടാതെ സ്ക്രാച്ച് ലൈനുകളൊന്നും നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടില്ല. കൂടാതെ, ചിത്രം 1 (സി) ൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, പീസോ ഇലക്ട്രിക് റെസ്‌പോൺസ് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്കോപ്പി (പിഎഫ്എം) ഉപയോഗിച്ച് മുകളിലെ എൽടി ലെയറിൻ്റെ ധ്രുവീകരണ നില ഞങ്ങൾ പരിശോധിച്ചു. ബോണ്ടിംഗ് പ്രക്രിയയ്ക്ക് ശേഷവും ഏകീകൃത ധ്രുവീകരണം നിലനിർത്തിയതായി ഞങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിച്ചു.
ഈ LToI സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഉപയോഗിച്ച്, ഞങ്ങൾ വേവ്ഗൈഡ് ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ നിർമ്മിച്ചു. ആദ്യം, എൽടിയുടെ തുടർന്നുള്ള ഡ്രൈ എച്ചിംഗിനായി ഒരു മെറ്റൽ മാസ്ക് പാളി നിക്ഷേപിച്ചു. തുടർന്ന്, മെറ്റൽ മാസ്ക് പാളിക്ക് മുകളിലുള്ള വേവ്ഗൈഡ് കോർ പാറ്റേൺ നിർവചിക്കുന്നതിന് ഇലക്ട്രോൺ ബീം (ഇബി) ലിത്തോഗ്രഫി നടത്തി. അടുത്തതായി, ഡ്രൈ എച്ചിംഗ് വഴി ഞങ്ങൾ EB റെസിസ്റ്റ് പാറ്റേൺ മെറ്റൽ മാസ്ക് ലെയറിലേക്ക് മാറ്റി. അതിനുശേഷം, ഇലക്ട്രോൺ സൈക്ലോട്രോൺ റെസൊണൻസ് (ഇസിആർ) പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് LToI വേവ്ഗൈഡ് കോർ രൂപീകരിച്ചു. അവസാനം, ഒരു ആർദ്ര പ്രക്രിയയിലൂടെ മെറ്റൽ മാസ്ക് പാളി നീക്കം ചെയ്തു, പ്ലാസ്മ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം ഉപയോഗിച്ച് ഒരു SiO2 ഓവർലേയർ നിക്ഷേപിച്ചു. ചിത്രം 1 (d) LToI വേവ്ഗൈഡിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ക്രോസ്-സെക്ഷൻ കാണിക്കുന്നു. മൊത്തം കോർ ഉയരം, പ്ലേറ്റ് ഉയരം, കോർ വീതി എന്നിവ യഥാക്രമം 200 nm, 100 nm, 1000 nm എന്നിവയാണ്. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ കപ്ലിംഗിനായി വേവ്ഗൈഡ് എഡ്ജിൽ കോർ വീതി 3 µm വരെ വികസിക്കുന്നു എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക.
1550 nm-ൽ അടിസ്ഥാന തിരശ്ചീന വൈദ്യുത (TE) മോഡിൻ്റെ കണക്കാക്കിയ ഒപ്റ്റിക്കൽ തീവ്രത വിതരണം ചിത്രം 1 (ഇ) കാണിക്കുന്നു. SiO2 ഓവർലേയർ നിക്ഷേപിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് LToI വേവ്ഗൈഡ് കോറിൻ്റെ സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് (SEM) ചിത്രം ചിത്രം 1 (എഫ്) കാണിക്കുന്നു.
വേവ്ഗൈഡ് സവിശേഷതകൾ:1550 nm തരംഗദൈർഘ്യം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന സ്വയമേവയുള്ള എമിഷൻ സ്രോതസ്സിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്ത ദൈർഘ്യമുള്ള LToI വേവ്ഗൈഡുകളിലേക്ക് TE-പോളറൈസ്ഡ് ലൈറ്റ് ഇൻപുട്ട് ചെയ്തുകൊണ്ടാണ് ഞങ്ങൾ ആദ്യം ലീനിയർ ലോസ് സവിശേഷതകൾ വിലയിരുത്തിയത്. ഓരോ തരംഗദൈർഘ്യത്തിലും വേവ്ഗൈഡ് ദൈർഘ്യവും പ്രക്ഷേപണവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തിൻ്റെ ചരിവിൽ നിന്നാണ് പ്രചരണ നഷ്ടം ലഭിച്ചത്. ചിത്രം 2 (a) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, യഥാക്രമം 1530, 1550, 1570 nm എന്നിവയിൽ 0.32, 0.28, 0.26 dB/cm എന്നിവയാണ് അളന്ന പ്രചരണ നഷ്ടങ്ങൾ. കെട്ടിച്ചമച്ച LToI വേവ്ഗൈഡുകൾ അത്യാധുനിക LNoI വേവ്ഗൈഡുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്ന കുറഞ്ഞ-നഷ്ട പ്രകടനം പ്രദർശിപ്പിച്ചു [10].
അടുത്തതായി, നാല് തരംഗ മിക്സിംഗ് പ്രക്രിയയിലൂടെ സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ട തരംഗദൈർഘ്യ പരിവർത്തനത്തിലൂടെ ഞങ്ങൾ χ(3) രേഖീയതയെ വിലയിരുത്തി. ഞങ്ങൾ 1550.0 nm-ൽ തുടർച്ചയായ വേവ് പമ്പ് ലൈറ്റും 1550.6 nm-ൽ ഒരു സിഗ്നൽ ലൈറ്റും 12 mm നീളമുള്ള വേവ്ഗൈഡിലേക്ക് ഇൻപുട്ട് ചെയ്യുന്നു. ചിത്രം 2 (ബി) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഇൻപുട്ട് പവർ വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് ഘട്ടം-സംയോജന (ഇഡ്ലർ) ലൈറ്റ് വേവ് സിഗ്നൽ തീവ്രത വർദ്ധിച്ചു. ചിത്രം 2 (ബി) ലെ ഇൻസെറ്റ് ഫോർ-വേവ് മിക്സിംഗിൻ്റെ സാധാരണ ഔട്ട്പുട്ട് സ്പെക്ട്രം കാണിക്കുന്നു. ഇൻപുട്ട് പവറും കൺവേർഷൻ കാര്യക്ഷമതയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തിൽ നിന്ന്, നോൺ-ലീനിയർ പാരാമീറ്റർ (γ) ഏകദേശം 11 W^-1m ആണെന്ന് ഞങ്ങൾ കണക്കാക്കി.
ചിത്രം 3.(എ) ഫാബ്രിക്കേറ്റഡ് റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിൻ്റെ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ചിത്രം. (ബി) വിവിധ വിടവ് പാരാമീറ്ററുകളുള്ള റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിൻ്റെ ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്പെക്ട്ര. (സി) 1000 nm വിടവുള്ള റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിൻ്റെ അളന്നതും ലോറൻസിയൻ ഘടിപ്പിച്ചതുമായ ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്പെക്ട്രം.
അടുത്തതായി, ഞങ്ങൾ ഒരു LToI റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ നിർമ്മിക്കുകയും അതിൻ്റെ സവിശേഷതകൾ വിലയിരുത്തുകയും ചെയ്തു. ചിത്രം 3 (എ) ഫാബ്രിക്കേറ്റഡ് റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിൻ്റെ ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ചിത്രം കാണിക്കുന്നു. റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ഒരു "റേസ്ട്രാക്ക്" കോൺഫിഗറേഷൻ അവതരിപ്പിക്കുന്നു, 100 µm ദൂരമുള്ള ഒരു വളഞ്ഞ പ്രദേശവും 100 µm നീളമുള്ള നേരായ പ്രദേശവും ഉൾപ്പെടുന്നു. വളയവും ബസ് വേവ്ഗൈഡ് കോറും തമ്മിലുള്ള വിടവ് 200 nm വർദ്ധനകളിൽ വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് 800, 1000, 1200 nm. ചിത്രം 3 (ബി) ഓരോ വിടവിനും ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്പെക്ട്ര പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു, വിടവിൻ്റെ വലുപ്പത്തിനനുസരിച്ച് വംശനാശത്തിൻ്റെ അനുപാതം മാറുന്നുവെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഈ സ്പെക്ട്രയിൽ നിന്ന്, 1000 nm വിടവ് ഏതാണ്ട് നിർണായകമായ കപ്ലിംഗ് അവസ്ഥകൾ പ്രദാനം ചെയ്യുന്നുവെന്ന് ഞങ്ങൾ നിർണ്ണയിച്ചു, കാരണം ഇത് ഏറ്റവും ഉയർന്ന വംശനാശ അനുപാതം -26 dB കാണിക്കുന്നു.
ക്രിട്ടിക്കലി കപ്പിൾഡ് റെസൊണേറ്റർ ഉപയോഗിച്ച്, ലീനിയർ ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്പെക്ട്രം ലോറൻഷ്യൻ കർവ് ഉപയോഗിച്ച് ഘടിപ്പിച്ച്, ചിത്രം 3 (സി) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ 1.1 മില്യൺ ആന്തരിക ക്യു ഫാക്ടർ നേടിക്കൊണ്ട് ഞങ്ങൾ ഗുണനിലവാര ഘടകം (ക്യു ഫാക്ടർ) കണക്കാക്കി. ഞങ്ങളുടെ അറിവിൽ, ഇത് ഒരു വേവ്ഗൈഡ്-കപ്പിൾഡ് LToI റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിൻ്റെ ആദ്യ പ്രദർശനമാണ്. ശ്രദ്ധേയമായി, ഞങ്ങൾ നേടിയ Q ഫാക്ടർ മൂല്യം ഫൈബർ-കപ്പിൾഡ് LToI മൈക്രോഡിസ്ക് റെസൊണേറ്ററുകളേക്കാൾ വളരെ ഉയർന്നതാണ് [9].
ഉപസംഹാരം:1550 nm-ൽ 0.28 dB/cm നഷ്‌ടവും 1.1 ദശലക്ഷം റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ Q ഫാക്ടറും ഉള്ള ഒരു LToI വേവ്ഗൈഡ് ഞങ്ങൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. ലഭിച്ച പ്രകടനം അത്യാധുനിക ലോ-ലോസ് LNoI വേവ്ഗൈഡുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതാണ്. കൂടാതെ, ഓൺ-ചിപ്പ് നോൺ-ലീനിയർ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി നിർമ്മിച്ച LToI വേവ്ഗൈഡിൻ്റെ χ(3) നോൺ-ലീനിയാരിറ്റി ഞങ്ങൾ അന്വേഷിച്ചു.
പോസ്റ്റ് സമയം: നവംബർ-20-2024