സംഗ്രഹം:0.28 dB/cm നഷ്ടവും 1.1 ദശലക്ഷം റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ഗുണനിലവാര ഘടകവുമുള്ള 1550 nm ഇൻസുലേറ്റർ അധിഷ്ഠിത ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് വേവ്ഗൈഡ് ഞങ്ങൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. നോൺലീനിയർ ഫോട്ടോണിക്സിൽ χ(3) നോൺലീനിയാരിറ്റിയുടെ പ്രയോഗം പഠിച്ചിട്ടുണ്ട്. "ഇൻസുലേറ്റർ-ഓൺ" ഘടന കാരണം ശക്തമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ കൺഫെയിൻമെന്റിനൊപ്പം മികച്ച χ(2), χ(3) നോൺലീനിയർ ഗുണങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്ന ഇൻസുലേറ്ററിൽ (LNoI) ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ ഗുണങ്ങൾ, അൾട്രാഫാസ്റ്റ് മോഡുലേറ്ററുകൾക്കും ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് നോൺലീനിയർ ഫോട്ടോണിക്സിനും വേണ്ടിയുള്ള വേവ്ഗൈഡ് സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ ഗണ്യമായ പുരോഗതിക്ക് കാരണമായി [1-3]. LN-ന് പുറമേ, ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് (LT) ഒരു നോൺലീനിയർ ഫോട്ടോണിക് മെറ്റീരിയലായി അന്വേഷിച്ചിട്ടുണ്ട്. LN-നെ അപേക്ഷിച്ച്, LT-ക്ക് ഉയർന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ ഡാമേജ് ത്രെഷോൾഡും വിശാലമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ ട്രാൻസ്പറൻസി വിൻഡോയും ഉണ്ട് [4, 5], എന്നിരുന്നാലും റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്സ്, നോൺലീനിയർ ഗുണകങ്ങൾ പോലുള്ള അതിന്റെ ഒപ്റ്റിക്കൽ പാരാമീറ്ററുകൾ LN-ന് സമാനമാണ് [6, 7]. അങ്ങനെ, ഉയർന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ പവർ നോൺ-ലീനിയർ ഫോട്ടോണിക് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കുള്ള മറ്റൊരു ശക്തമായ സ്ഥാനാർത്ഥി മെറ്റീരിയലായി LToI വേറിട്ടുനിൽക്കുന്നു. മാത്രമല്ല, ഹൈ-സ്പീഡ് മൊബൈൽ, വയർലെസ് സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ ബാധകമായ സർഫേസ് അക്കോസ്റ്റിക് വേവ് (SAW) ഫിൽട്ടർ ഉപകരണങ്ങൾക്കുള്ള ഒരു പ്രാഥമിക മെറ്റീരിയലായി LToI മാറുകയാണ്. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ഫോട്ടോണിക് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി LToI വേഫറുകൾ കൂടുതൽ സാധാരണ വസ്തുക്കളായി മാറിയേക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ഇന്നുവരെ, മൈക്രോഡിസ്ക് റെസൊണേറ്ററുകൾ [8], ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് ഫേസ് ഷിഫ്റ്ററുകൾ [9] പോലുള്ള LToI അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള കുറച്ച് ഫോട്ടോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ മാത്രമേ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ളൂ. ഈ പ്രബന്ധത്തിൽ, ഒരു ലോ-ലോസ് LToI വേവ്ഗൈഡും ഒരു റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിൽ അതിന്റെ പ്രയോഗവും ഞങ്ങൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നു. കൂടാതെ, LToI വേവ്ഗൈഡിന്റെ χ(3) നോൺ-ലീനിയർ സ്വഭാവസവിശേഷതകളും ഞങ്ങൾ നൽകുന്നു.
പ്രധാന പോയിന്റുകൾ:
• 4 ഇഞ്ച് മുതൽ 6 ഇഞ്ച് വരെ LToI വേഫറുകൾ, 100 nm മുതൽ 1500 nm വരെയുള്ള മുകളിലെ പാളി കനമുള്ള നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് വേഫറുകൾ, ആഭ്യന്തര സാങ്കേതികവിദ്യയും പക്വമായ പ്രക്രിയകളും ഉപയോഗിച്ച് വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.
• സിനോയ്: അൾട്രാ-ലോ ലോസ് സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് നേർത്ത-ഫിലിം വേഫറുകൾ.
• SICOI: സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ഫോട്ടോണിക് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടുകൾക്കായുള്ള ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള സെമി-ഇൻസുലേറ്റിംഗ് സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് നേർത്ത-ഫിലിം സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ.
• LTOI: ലിഥിയം നിയോബേറ്റ്, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് വേഫറുകൾക്ക് ശക്തമായ ഒരു എതിരാളി.
• LNOI: വലിയ തോതിലുള്ള നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ വൻതോതിലുള്ള ഉൽ‌പാദനത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്ന 8-ഇഞ്ച് LNOI.
ഇൻസുലേറ്റർ വേവ്ഗൈഡുകളിലെ നിർമ്മാണം:ഈ പഠനത്തിൽ, ഞങ്ങൾ 4 ഇഞ്ച് LToI വേഫറുകൾ ഉപയോഗിച്ചു. മുകളിലെ LT പാളി SAW ഉപകരണങ്ങൾക്കായുള്ള ഒരു വാണിജ്യ 42° കറക്കപ്പെട്ട Y-കട്ട് LT സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റാണ്, ഇത് 3 µm കട്ടിയുള്ള തെർമൽ ഓക്സൈഡ് പാളിയുള്ള ഒരു Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുമായി നേരിട്ട് ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് ഒരു സ്മാർട്ട് കട്ടിംഗ് പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ചിത്രം 1(a) 200 nm മുകളിലെ LT പാളി കനം ഉള്ള LToI വേഫറിന്റെ മുകളിലെ കാഴ്ച കാണിക്കുന്നു. ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്‌കോപ്പി (AFM) ഉപയോഗിച്ച് മുകളിലെ LT പാളിയുടെ ഉപരിതല പരുക്കൻത ഞങ്ങൾ വിലയിരുത്തി.
ചിത്രം 1.(എ) LToI വേഫറിന്റെ മുകളിലെ കാഴ്ച, (ബി) മുകളിലെ LT പാളിയുടെ ഉപരിതലത്തിന്റെ AFM ചിത്രം, (സി) മുകളിലെ LT പാളിയുടെ ഉപരിതലത്തിന്റെ PFM ചിത്രം, (ഡി) LToI വേവ്ഗൈഡിന്റെ സ്കീമാറ്റിക് ക്രോസ്-സെക്ഷൻ, (ഇ) കണക്കാക്കിയ അടിസ്ഥാന TE മോഡ് പ്രൊഫൈൽ, (എഫ്) SiO2 ഓവർലെയർ നിക്ഷേപത്തിന് മുമ്പുള്ള LToI വേവ്ഗൈഡ് കോറിന്റെ SEM ചിത്രം. ചിത്രം 1 (ബി) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഉപരിതല പരുക്കൻത 1 nm ൽ താഴെയാണ്, കൂടാതെ സ്ക്രാച്ച് ലൈനുകളൊന്നും നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടില്ല. കൂടാതെ, ചിത്രം 1 (സി) ൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, പീസോഇലക്ട്രിക് റെസ്‌പോൺസ് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്‌കോപ്പി (PFM) ഉപയോഗിച്ച് മുകളിലെ LT പാളിയുടെ ധ്രുവീകരണ അവസ്ഥ ഞങ്ങൾ പരിശോധിച്ചു. ബോണ്ടിംഗ് പ്രക്രിയയ്ക്ക് ശേഷവും ഏകീകൃത ധ്രുവീകരണം നിലനിർത്തിയിട്ടുണ്ടെന്ന് ഞങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിച്ചു.
ഈ LToI സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഉപയോഗിച്ച്, ഞങ്ങൾ വേവ്ഗൈഡ് ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ നിർമ്മിച്ചു. ആദ്യം, LT യുടെ തുടർന്നുള്ള ഡ്രൈ എച്ചിംഗിനായി ഒരു മെറ്റൽ മാസ്‌ക് പാളി നിക്ഷേപിച്ചു. തുടർന്ന്, മെറ്റൽ മാസ്‌ക് പാളിയുടെ മുകളിലുള്ള വേവ്ഗൈഡ് കോർ പാറ്റേൺ നിർവചിക്കുന്നതിനായി ഇലക്ട്രോൺ ബീം (EB) ലിത്തോഗ്രാഫി നടത്തി. അടുത്തതായി, ഡ്രൈ എച്ചിംഗ് വഴി ഞങ്ങൾ EB റെസിസ്റ്റ് പാറ്റേൺ മെറ്റൽ മാസ്‌ക് പാളിയിലേക്ക് മാറ്റി. തുടർന്ന്, ഇലക്ട്രോൺ സൈക്ലോട്രോൺ റെസൊണൻസ് (ECR) പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് LToI വേവ്ഗൈഡ് കോർ രൂപീകരിച്ചു. ഒടുവിൽ, ഒരു വെറ്റ് പ്രക്രിയയിലൂടെ മെറ്റൽ മാസ്‌ക് പാളി നീക്കം ചെയ്തു, പ്ലാസ്മ-എൻഹാൻസ്ഡ് കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഡിപ്പോസിഷൻ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു SiO2 ഓവർലെയർ നിക്ഷേപിച്ചു. ചിത്രം 1 (d) LToI വേവ്ഗൈഡിന്റെ 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 ആയി വികസിക്കുന്നുവെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കുക.
ചിത്രം 1 (e) 1550 nm-ൽ അടിസ്ഥാന ട്രാൻസ്‌വേഴ്‌സ് ഇലക്ട്രിക് (TE) മോഡിന്റെ കണക്കാക്കിയ ഒപ്റ്റിക്കൽ തീവ്രത വിതരണം കാണിക്കുന്നു. SiO2 ഓവർലെയറിന്റെ നിക്ഷേപത്തിന് മുമ്പുള്ള LToI വേവ്ഗൈഡ് കോറിന്റെ സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് (SEM) ചിത്രം ചിത്രം 1 (f) കാണിക്കുന്നു.
വേവ്ഗൈഡ് സവിശേഷതകൾ:1550 nm തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ആംപ്ലിഫൈഡ് സ്വതസിദ്ധമായ എമിഷൻ സ്രോതസ്സിൽ നിന്നുള്ള TE-ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട പ്രകാശത്തെ വ്യത്യസ്ത നീളമുള്ള LToI വേവ്ഗൈഡുകളിലേക്ക് ഇൻപുട്ട് ചെയ്തുകൊണ്ടാണ് ഞങ്ങൾ ആദ്യം ലീനിയർ ലോസ് സവിശേഷതകൾ വിലയിരുത്തിയത്. ഓരോ തരംഗദൈർഘ്യത്തിലും വേവ്ഗൈഡ് നീളവും പ്രക്ഷേപണവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തിന്റെ ചരിവിൽ നിന്നാണ് പ്രൊപ്പഗേഷൻ നഷ്ടം ലഭിച്ചത്. ചിത്രം 2 (a) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, യഥാക്രമം 1530, 1550, 1570 nm എന്നിവയിൽ അളന്ന പ്രൊപ്പഗേഷൻ നഷ്ടങ്ങൾ 0.32, 0.28, 0.26 dB/cm ആയിരുന്നു. നിർമ്മിച്ച LToI വേവ്ഗൈഡുകൾ അത്യാധുനിക LNoI വേവ്ഗൈഡുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്ന കുറഞ്ഞ നഷ്ട പ്രകടനം പ്രദർശിപ്പിച്ചു [10].
അടുത്തതായി, നാല്-തരംഗ മിക്സിംഗ് പ്രക്രിയയിലൂടെ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന തരംഗദൈർഘ്യ പരിവർത്തനത്തിലൂടെ ഞങ്ങൾ χ(3) നോൺലീനിയാരിറ്റി വിലയിരുത്തി. 1550.0 nm-ൽ ഒരു തുടർച്ചയായ വേവ് പമ്പ് ലൈറ്റും 1550.6 nm-ൽ ഒരു സിഗ്നൽ ലൈറ്റും 12 mm നീളമുള്ള വേവ്ഗൈഡിലേക്ക് ഞങ്ങൾ ഇൻപുട്ട് ചെയ്യുന്നു. ചിത്രം 2 (b)-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഇൻപുട്ട് പവർ വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് ഫേസ്-കൺജഗേറ്റ് (ഐഡ്ലർ) ലൈറ്റ് വേവ് സിഗ്നൽ തീവ്രത വർദ്ധിച്ചു. ചിത്രം 2 (b)-ലെ ഇൻസെറ്റ് നാല്-തരംഗ മിക്സിംഗിന്റെ സാധാരണ ഔട്ട്പുട്ട് സ്പെക്ട്രം കാണിക്കുന്നു. ഇൻപുട്ട് പവറും പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമതയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തിൽ നിന്ന്, നോൺലീനിയർ പാരാമീറ്റർ (γ) ഏകദേശം 11 W^-1m ആണെന്ന് ഞങ്ങൾ കണക്കാക്കി.
ചിത്രം 3.(എ) ഫാബ്രിക്കേറ്റഡ് റിംഗ് റെസണേറ്ററിന്റെ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ചിത്രം. (ബി) വിവിധ വിടവ് പാരാമീറ്ററുകളുള്ള റിംഗ് റെസണേറ്ററിന്റെ ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്പെക്ട്ര. (സി) 1000 നാനോമീറ്റർ വിടവുള്ള റിംഗ് റെസണേറ്ററിന്റെ അളന്നതും ലോറൻഷ്യൻ ഘടിപ്പിച്ചതുമായ ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്പെക്ട്ര.
അടുത്തതായി, ഞങ്ങൾ ഒരു LToI റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ നിർമ്മിക്കുകയും അതിന്റെ സവിശേഷതകൾ വിലയിരുത്തുകയും ചെയ്തു. ചിത്രം 3 (എ) ഫാബ്രിക്കേറ്റഡ് റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിന്റെ ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ചിത്രം കാണിക്കുന്നു. റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിൽ ഒരു "റേസ്‌ട്രാക്ക്" കോൺഫിഗറേഷൻ ഉണ്ട്, അതിൽ 100 µm ആരവും 100 µm നീളമുള്ള ഒരു നേർരേഖയും ഉൾപ്പെടുന്നു. റിങ്ങിനും ബസ് വേവ്ഗൈഡ് കോറിനും ഇടയിലുള്ള വിടവ് വീതി 200 nm വർദ്ധനവിൽ വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് 800, 1000, 1200 nm. ചിത്രം 3 (ബി) ഓരോ വിടവിനും ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്പെക്ട്ര പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു, വിടവിന്റെ വലുപ്പത്തിനനുസരിച്ച് വംശനാശ അനുപാതം മാറുന്നുവെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഈ സ്പെക്ട്രകളിൽ നിന്ന്, 1000 nm വിടവ് ഏതാണ്ട് നിർണായകമായ കപ്ലിംഗ് അവസ്ഥകൾ നൽകുന്നുവെന്ന് ഞങ്ങൾ നിർണ്ണയിച്ചു, കാരണം ഇത് -26 dB എന്ന ഉയർന്ന വംശനാശ അനുപാതം കാണിക്കുന്നു.
ക്രിട്ടിക്കൽ കപ്പിൾഡ് റെസണേറ്റർ ഉപയോഗിച്ച്, ചിത്രം 3 (സി) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ലീനിയർ ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്പെക്ട്രം ഒരു ലോറൻഷ്യൻ വക്രവുമായി ഘടിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് 1.1 ദശലക്ഷം ആന്തരിക ക്യു ഫാക്ടർ നേടി ഞങ്ങൾ ഗുണനിലവാര ഘടകം (ക്യു ഫാക്ടർ) കണക്കാക്കി. ഞങ്ങളുടെ അറിവിൽ, ഇത് ഒരു വേവ്ഗൈഡ്-കപ്പിൾഡ് LToI റിംഗ് റെസണേറ്ററിന്റെ ആദ്യ പ്രകടനമാണ്. ശ്രദ്ധേയമായി, ഞങ്ങൾ നേടിയ Q ഫാക്ടർ മൂല്യം ഫൈബർ-കപ്പിൾഡ് LToI മൈക്രോഡിസ്ക് റെസണേറ്ററുകളേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണ് [9].
തീരുമാനം: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 വേവ്‌ഗൈഡുകളുടേതിന് സമാനമാണ്. കൂടാതെ, ഓൺ-ചിപ്പ് നോൺലീനിയർ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി നിർമ്മിച്ച LToI വേവ്ഗൈഡിന്റെ χ(3) നോൺലീനിയാരിറ്റി ഞങ്ങൾ അന്വേഷിച്ചു.
പോസ്റ്റ് സമയം: നവംബർ-20-2024