சுருக்கம்:0.28 dB/cm இழப்பு மற்றும் 1.1 மில்லியன் வளைய ரெசனேட்டர் தரக் காரணி கொண்ட 1550 nm இன்சுலேட்டர் அடிப்படையிலான லித்தியம் டான்டலேட் அலை வழிகாட்டியை நாங்கள் உருவாக்கியுள்ளோம். நேரியல் அல்லாத ஃபோட்டானிக்ஸில் χ(3) நேரியல் அல்லாத தன்மையின் பயன்பாடு ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. "இன்சுலேட்டர்-ஆன்" அமைப்பு காரணமாக வலுவான ஒளியியல் அடைப்புடன் சிறந்த χ(2) மற்றும் χ(3) நேரியல் அல்லாத பண்புகளை வெளிப்படுத்தும் இன்சுலேட்டரில் (LNoI) லித்தியம் நியோபேட்டின் நன்மைகள், அல்ட்ராஃபாஸ்ட் மாடுலேட்டர்கள் மற்றும் ஒருங்கிணைந்த நேரியல் அல்லாத ஃபோட்டானிக்ஸ் [1-3] க்கான அலை வழிகாட்டி தொழில்நுட்பத்தில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றங்களுக்கு வழிவகுத்தன. LN உடன் கூடுதலாக, லித்தியம் டான்டலேட் (LT) ஒரு நேரியல் அல்லாத ஃபோட்டானிக் பொருளாகவும் ஆராயப்பட்டுள்ளது. LN உடன் ஒப்பிடும்போது, LT அதிக ஆப்டிகல் சேத வரம்பு மற்றும் பரந்த ஆப்டிகல் வெளிப்படைத்தன்மை சாளரத்தைக் கொண்டுள்ளது [4, 5], இருப்பினும் அதன் ஒளியியல் அளவுருக்கள், ஒளிவிலகல் குறியீடு மற்றும் நேரியல் அல்லாத குணகங்கள், LN [6, 7] ஐப் போலவே உள்ளன. இதனால், உயர் ஒளியியல் சக்தி நேரியல் அல்லாத ஃபோட்டானிக் பயன்பாடுகளுக்கான மற்றொரு வலுவான வேட்பாளர் பொருளாக LToI தனித்து நிற்கிறது. மேலும், அதிவேக மொபைல் மற்றும் வயர்லெஸ் தொழில்நுட்பங்களில் பொருந்தக்கூடிய மேற்பரப்பு ஒலி அலை (SAW) வடிகட்டி சாதனங்களுக்கான முதன்மைப் பொருளாக LToI மாறி வருகிறது. இந்த சூழலில், LToI வேஃபர்கள் ஃபோட்டானிக் பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் பொதுவான பொருட்களாக மாறக்கூடும். இருப்பினும், இன்றுவரை, மைக்ரோடிஸ்க் ரெசனேட்டர்கள் [8] மற்றும் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிக் ஃபேஸ் ஷிஃப்டர்கள் [9] போன்ற LToI ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட சில ஃபோட்டானிக் சாதனங்கள் மட்டுமே பதிவாகியுள்ளன. இந்த ஆய்வறிக்கையில், குறைந்த இழப்பு LToI அலை வழிகாட்டி மற்றும் அதன் பயன்பாட்டை ஒரு வளைய ரெசனேட்டரில் வழங்குகிறோம். கூடுதலாக, LToI அலை வழிகாட்டியின் χ(3) நேரியல் அல்லாத பண்புகளை நாங்கள் வழங்குகிறோம்.
முக்கிய புள்ளிகள்:
• உள்நாட்டு தொழில்நுட்பம் மற்றும் முதிர்ந்த செயல்முறைகளைப் பயன்படுத்தி, 100 nm முதல் 1500 nm வரையிலான மேல் அடுக்கு தடிமன் கொண்ட 4-இன்ச் முதல் 6-இன்ச் LToI வேஃபர்கள், மெல்லிய-படல லித்தியம் டான்டலேட் வேஃபர்களை வழங்குகிறது.
• SINOI: மிகக் குறைந்த இழப்பு சிலிக்கான் நைட்ரைடு மெல்லிய-படல செதில்கள்.
• SICOI: சிலிக்கான் கார்பைடு ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகளுக்கான உயர்-தூய்மை அரை-இன்சுலேடிங் சிலிக்கான் கார்பைடு மெல்லிய-படல அடி மூலக்கூறுகள்.
• LTOI: லித்தியம் நியோபேட், மெல்லிய படல லித்தியம் டான்டலேட் வேஃபர்களுக்கு வலுவான போட்டியாளர்.
• LNOI: பெரிய அளவிலான மெல்லிய-படல லித்தியம் நியோபேட் தயாரிப்புகளின் பெருமளவிலான உற்பத்தியை ஆதரிக்கும் 8-அங்குல LNOI.
இன்சுலேட்டர் அலை வழிகாட்டிகளில் உற்பத்தி:இந்த ஆய்வில், நாங்கள் 4-அங்குல LToI வேஃபர்களைப் பயன்படுத்தினோம். மேல் LT அடுக்கு என்பது SAW சாதனங்களுக்கான வணிக ரீதியான 42° சுழற்றப்பட்ட Y-வெட்டு LT அடி மூலக்கூறு ஆகும், இது 3 µm தடிமன் கொண்ட வெப்ப ஆக்சைடு அடுக்குடன் ஒரு Si அடி மூலக்கூறுடன் நேரடியாக பிணைக்கப்பட்டுள்ளது, இது ஒரு ஸ்மார்ட் வெட்டும் செயல்முறையைப் பயன்படுத்துகிறது. படம் 1(a), மேல் LT அடுக்கு தடிமன் 200 nm கொண்ட LToI வேஃபரின் மேல் காட்சியைக் காட்டுகிறது. அணு விசை நுண்ணோக்கி (AFM) ஐப் பயன்படுத்தி மேல் LT அடுக்கின் மேற்பரப்பு கடினத்தன்மையை நாங்கள் மதிப்பிட்டோம்.
படம் 1.(a) LToI வேஃபரின் மேல் பார்வை, (b) மேல் LT அடுக்கின் மேற்பரப்பின் AFM படம், (c) மேல் LT அடுக்கின் மேற்பரப்பின் PFM படம், (d) LToI அலை வழிகாட்டியின் திட்டவட்டமான குறுக்குவெட்டு, (e) கணக்கிடப்பட்ட அடிப்படை TE பயன்முறை சுயவிவரம் மற்றும் (f) SiO2 மேலடுக்கு படிவுக்கு முன் LToI அலை வழிகாட்டி மையத்தின் SEM படம். படம் 1 (b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மேற்பரப்பு கடினத்தன்மை 1 nm க்கும் குறைவாக உள்ளது, மேலும் எந்த கீறல் கோடுகளும் காணப்படவில்லை. கூடுதலாக, படம் 1 (c) இல் சித்தரிக்கப்பட்டுள்ளபடி, பைசோ எலக்ட்ரிக் ரெஸ்பான்ஸ் ஃபோர்ஸ் மைக்ரோஸ்கோபி (PFM) ஐப் பயன்படுத்தி மேல் LT அடுக்கின் துருவமுனைப்பு நிலையை நாங்கள் ஆய்வு செய்தோம். பிணைப்பு செயல்முறைக்குப் பிறகும் சீரான துருவமுனைப்பு பராமரிக்கப்படுவதை நாங்கள் உறுதிப்படுத்தினோம்.
இந்த LToI அடி மூலக்கூறைப் பயன்படுத்தி, அலை வழிகாட்டியை பின்வருமாறு உருவாக்கினோம். முதலில், LT இன் அடுத்தடுத்த உலர் பொறிப்புக்காக ஒரு உலோக முகமூடி அடுக்கு வைக்கப்பட்டது. பின்னர், உலோக முகமூடி அடுக்கின் மேல் அலை வழிகாட்டி மைய வடிவத்தை வரையறுக்க எலக்ட்ரான் கற்றை (EB) லித்தோகிராஃபி செய்யப்பட்டது. அடுத்து, EB எதிர்ப்பு வடிவத்தை உலர் பொறிப்பு வழியாக உலோக முகமூடி அடுக்குக்கு மாற்றினோம். பின்னர், எலக்ட்ரான் சைக்ளோட்ரான் ரெசோனன்ஸ் (ECR) பிளாஸ்மா பொறிப்பைப் பயன்படுத்தி LToI அலை வழிகாட்டி மையமானது உருவாக்கப்பட்டது. இறுதியாக, உலோக முகமூடி அடுக்கு ஈரமான செயல்முறை மூலம் அகற்றப்பட்டது, மேலும் பிளாஸ்மா-மேம்படுத்தப்பட்ட வேதியியல் நீராவி படிவைப் பயன்படுத்தி ஒரு SiO2 மேலடுக்கு டெபாசிட் செய்யப்பட்டது. படம் 1 (d) LToI அலை வழிகாட்டியின் திட்டவட்டமான குறுக்குவெட்டைக் காட்டுகிறது. மொத்த மைய உயரம், தட்டு உயரம் மற்றும் மைய அகலம் முறையே 200 nm, 100 nm மற்றும் 1000 nm ஆகும். ஆப்டிகல் ஃபைபர் இணைப்பிற்காக அலை வழிகாட்டி விளிம்பில் மைய அகலம் 3 µm வரை விரிவடைகிறது என்பதை நினைவில் கொள்க.
படம் 1 (e) 1550 nm இல் அடிப்படை குறுக்குவெட்டு மின்சார (TE) பயன்முறையின் கணக்கிடப்பட்ட ஒளியியல் தீவிர பரவலைக் காட்டுகிறது. படம் 1 (f) SiO2 மேலடுக்கின் படிவுக்கு முன் LToI அலை வழிகாட்டி மையத்தின் ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) படத்தைக் காட்டுகிறது.
அலை வழிகாட்டி பண்புகள்:1550 nm அலைநீளம் பெருக்கப்பட்ட தன்னிச்சையான உமிழ்வு மூலத்திலிருந்து TE-துருவப்படுத்தப்பட்ட ஒளியை வெவ்வேறு நீளங்களைக் கொண்ட LToI அலை வழிகாட்டிகளில் உள்ளிடுவதன் மூலம் நேரியல் இழப்பு பண்புகளை முதலில் மதிப்பீடு செய்தோம். ஒவ்வொரு அலைநீளத்திலும் அலை வழிகாட்டி நீளம் மற்றும் பரிமாற்றத்திற்கு இடையிலான உறவின் சாய்விலிருந்து பரவல் இழப்பு பெறப்பட்டது. படம் 2 (a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, அளவிடப்பட்ட பரவல் இழப்புகள் முறையே 1530, 1550 மற்றும் 1570 nm இல் 0.32, 0.28 மற்றும் 0.26 dB/cm ஆகும். புனையப்பட்ட LToI அலை வழிகாட்டிகள் அதிநவீன LNoI அலை வழிகாட்டிகளுடன் ஒப்பிடக்கூடிய குறைந்த இழப்பு செயல்திறனை வெளிப்படுத்தின [10].
அடுத்து, நான்கு-அலை கலவை செயல்முறையால் உருவாக்கப்பட்ட அலைநீள மாற்றத்தின் மூலம் χ(3) நேரியல் அல்லாத தன்மையை மதிப்பிட்டோம். 1550.0 nm இல் ஒரு தொடர்ச்சியான அலை பம்ப் ஒளியையும் 1550.6 nm இல் ஒரு சமிக்ஞை ஒளியையும் 12 மிமீ நீள அலை வழிகாட்டியில் உள்ளிடுகிறோம். படம் 2 (b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, கட்ட-இணை (ஐட்லர்) ஒளி அலை சமிக்ஞை தீவிரம் அதிகரிக்கும் உள்ளீட்டு சக்தியுடன் அதிகரித்தது. படம் 2 (b) இல் உள்ள செருகல் நான்கு-அலை கலவையின் வழக்கமான வெளியீட்டு நிறமாலையைக் காட்டுகிறது. உள்ளீட்டு சக்திக்கும் மாற்ற செயல்திறனுக்கும் இடையிலான உறவிலிருந்து, நேரியல் அல்லாத அளவுரு (γ) தோராயமாக 11 W^-1m ஆக இருக்கும் என்று மதிப்பிட்டோம்.
படம் 3.(அ) புனையப்பட்ட வளைய ரெசனேட்டரின் நுண்ணோக்கி படம். (ஆ) பல்வேறு இடைவெளி அளவுருக்கள் கொண்ட வளைய ரெசனேட்டரின் டிரான்ஸ்மிஷன் ஸ்பெக்ட்ரா. (இ) 1000 நானோமீட்டர் இடைவெளி கொண்ட வளைய ரெசனேட்டரின் அளவிடப்பட்ட மற்றும் லோரென்ட்ஜியன் பொருத்தப்பட்ட டிரான்ஸ்மிஷன் ஸ்பெக்ட்ரம்.
அடுத்து, நாங்கள் ஒரு LToI ரிங் ரெசனேட்டரை உருவாக்கி அதன் பண்புகளை மதிப்பீடு செய்தோம். படம் 3 (a) ஃபேப்ரிகேஷன் செய்யப்பட்ட ரிங் ரெசனேட்டரின் ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோப் படத்தைக் காட்டுகிறது. ரிங் ரெசனேட்டர் ஒரு "ரேஸ்ட்ராக்" உள்ளமைவைக் கொண்டுள்ளது, இது 100 µm ஆரம் மற்றும் 100 µm நீளம் கொண்ட ஒரு வளைந்த பகுதியைக் கொண்டுள்ளது. வளையத்திற்கும் பஸ் அலை வழிகாட்டி மையத்திற்கும் இடையிலான இடைவெளி அகலம் 200 nm அதிகரிப்புகளில் மாறுபடும், குறிப்பாக 800, 1000 மற்றும் 1200 nm இல். படம் 3 (b) ஒவ்வொரு இடைவெளிக்கும் டிரான்ஸ்மிஷன் ஸ்பெக்ட்ராவைக் காட்டுகிறது, இது இடைவெளி அளவுடன் அழிவு விகிதம் மாறுகிறது என்பதைக் குறிக்கிறது. இந்த நிறமாலைகளிலிருந்து, 1000 nm இடைவெளி கிட்டத்தட்ட முக்கியமான இணைப்பு நிலைமைகளை வழங்குகிறது என்று நாங்கள் தீர்மானித்தோம், ஏனெனில் இது -26 dB இன் மிக உயர்ந்த அழிவு விகிதத்தைக் காட்டுகிறது.
விமர்சன ரீதியாக இணைக்கப்பட்ட ரெசனேட்டரைப் பயன்படுத்தி, படம் 3 (c) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 1.1 மில்லியன் உள் Q காரணியைப் பெற்று, நேரியல் பரிமாற்ற நிறமாலையை லோரென்ட்ஜியன் வளைவுடன் பொருத்துவதன் மூலம் தரக் காரணியை (Q காரணி) மதிப்பிட்டோம். எங்கள் அறிவுக்கு, இது அலை வழிகாட்டி-இணைந்த LToI ரிங் ரெசனேட்டரின் முதல் ஆர்ப்பாட்டம். குறிப்பாக, நாங்கள் அடைந்த Q காரணி மதிப்பு ஃபைபர்-இணைந்த LToI மைக்ரோடிஸ்க் ரெசனேட்டர்களை விட கணிசமாக அதிகமாக உள்ளது [9].
முடிவுரை:1550 nm இல் 0.28 dB/cm இழப்பு மற்றும் 1.1 மில்லியன் ரிங் ரெசனேட்டர் Q காரணி கொண்ட ஒரு LToI அலை வழிகாட்டியை நாங்கள் உருவாக்கினோம். பெறப்பட்ட செயல்திறன் அதிநவீன குறைந்த-இழப்பு LNoI அலை வழிகாட்டிகளுடன் ஒப்பிடத்தக்கது. கூடுதலாக, ஆன்-சிப் நேரியல் அல்லாத பயன்பாடுகளுக்காக தயாரிக்கப்பட்ட LToI அலை வழிகாட்டியின் χ(3) நேரியல் அல்லாத தன்மையை நாங்கள் ஆராய்ந்தோம்.
இடுகை நேரம்: நவம்பர்-20-2024