אַבסטראַקט:מיר האָבן אַנטוויקלט אַ 1550 נאַנאָמעטער איזאָלאַטאָר-באַזירט ליטהיום טאַנטאַלאַט כוואַליעגייד מיט אַ אָנווער פון 0.28 דב/קמ און אַ רינג רעזאָנאַטאָר קוואַליטעט פאַקטאָר פון 1.1 מיליאָן. די אַפּלאַקיישאַן פון χ(3) ניט-לינעאַריטי אין ניט-לינעאַר פאָטאָניקס איז געווען שטודירט. די אַדוואַנידזשיז פון ליטהיום ניאָבאַט אויף איזאָלאַטאָר (LNoI), וואָס ווייזט ויסגעצייכנט χ(2) און χ(3) ניט-לינעאַר פּראָפּערטיעס צוזאַמען מיט שטאַרק אָפּטיש קאַנפיינמאַנט רעכט צו זיין "איזאָלאַטאָר-אויף" סטרוקטור, האָבן געפֿירט צו באַטייטיק אַדוואַנסאַז אין כוואַליעגייד טעכנאָלאָגיע פֿאַר אַלטראַפאַסט מאָדולאַטאָרס און ינטאַגרייטאַד ניט-לינעאַר פאָטאָניקס [1-3]. אין אַדישאַן צו LN, ליטהיום טאַנטאַלאַט (LT) איז אויך געווען אויסגעפאָרשט ווי אַ ניט-לינעאַר פאָטאָניק מאַטעריאַל. קאַמפּערד צו LN, LT האט אַ העכער אָפּטיש שעדיקן שוועל און אַ ברייטער אָפּטיש טראַנספּעראַנסי פֿענצטער [4, 5], כאָטש זייַן אָפּטיש פּאַראַמעטערס, אַזאַ ווי רעפראַקטיוו אינדעקס און ניט-לינעאַר קאָעפיציענטן, זענען ענלעך צו די פון LN [6, 7]. אזוי, שטייט LToI ארויס אלס נאך א שטארקער קאנדידאט מאטעריאל פאר הויך אפטישע מאכט נישט-לינעארע פאטאנישע אפליקאציעס. דערצו, ווערט LToI א הויפט מאטעריאל פאר אייבערפלאך אקוסטישע כוואליע (SAW) פילטער דעווייסעס, וואס איז נוצבאר אין הויך-גיך מאבילע און ווייערלעס טעכנאלאגיעס. אין דעם קאנטעקסט, קענען LToI וועיפערס ווערן מער געווענליכע מאטעריאלן פאר פאטאנישע אפליקאציעס. אבער, ביז היינט, זענען נאר א פאר פאטאנישע דעווייסעס באזירט אויף LToI געמאלדן געווארן, ווי למשל מיקראדיסק רעזאנאטארן [8] און עלעקטרא-אפטישע פאזע שיפטערס [9]. אין דעם פאפיר, פרעזענטירן מיר א נידעריק-פארלוסט LToI כוואליעגייד און זיין אפליקאציע אין א רינג רעזאנאטאר. דערצו, צושטעלן מיר די χ(3) נישט-לינעארע אייגנשאפטן פון די LToI כוואליעגייד.
שליסל פונקטן:
• אָנבאָטן 4-אינטש ביז 6-אינטש LToI וועיפערס, דין-פילם ליטיום טאַנטאַלאַט וועיפערס, מיט אויבערשטע שיכט גרעב פון 100 נם ביז 1500 נם, ניצנדיק היגע טעכנאָלאָגיע און דערוואַקסענע פּראָצעסן.
• SINOI: אולטרא-נידעריק פארלוסט סיליקאן ניטריד דין-פילם וועיפערס.
• SICOI: הויך-ריינקייט האַלב-איזאָלירנדיק סיליקאָן קאַרבייד דין-פילם סאַבסטראַטן פֿאַר סיליקאָן קאַרבייד פאָטאָניק ינטאַגרייטאַד קרייזן.
• LTOI: א שטארקער קאנקורענט צו ליטיום ניאָבאַט, דין-פילם ליטיום טאַנטאַלאַט וועיפערס.
• LNOI: 8-אינטש LNOI וואָס שטיצט די מאַסע פּראָדוקציע פון גרעסערע דין-פילם ליטהיום ניאָבאַטע פּראָדוקטן.
פאַבריקאַציע אויף ינסולאַטאָר כוואַליעגיידס:אין דעם שטודיע, האָבן מיר גענוצט 4-אינטש LToI וועיפערס. די אויבערשטע LT שיכט איז אַ קאמערציעלע 42° ראָטירטע Y-געשניטענע LT סאַבסטראַט פֿאַר SAW דעוויסעס, וואָס איז גלייך געבונדן צו אַ Si סאַבסטראַט מיט אַ 3 µm דיקע טערמישע אָקסייד שיכט, ניצנדיק אַ קלוגן שנייד פּראָצעס. פיגור 1(אַ) ווייזט אַן אויבערשטן קוק אויף די LToI וועיפער, מיט די אויבערשטע LT שיכט גרעב פון 200 נם. מיר האָבן אַססעססעד די ייבערפלאַך ראַפנאַס פון די אויבערשטע LT שיכט ניצן אַטאָמישע קראַפט מיקראָסקאָפּי (AFM).
פיגור 1.(א) אויבן-אויסזיכט פון די LToI וועיפער, (ב) AFM בילד פון דער ייבערפלאך פון דער אויבערשטער LT שיכט, (ג) PFM בילד פון דער ייבערפלאך פון דער אויבערשטער LT שיכט, (ד) סכעמאטישער קוועטש-סעקציע פון די LToI וועיווגייד, (ה) אויסגערעכנטער פונדאַמענטאַלער TE מאָדע פּראָפיל, און (ו) SEM בילד פון די LToI וועיווגייד קאָר איידער SiO2 אָוווערשייער דעפּאַזישאַן. ווי געוויזן אין פיגור 1 (ב), די ייבערפלאך ראַפנאַס איז ווייניקער ווי 1 נם, און קיין קראַץ ליניעס זענען באמערקט געוואָרן. דערצו, מיר האָבן אויסגעפאָרשט דעם פּאָלאַריזאַציע צושטאַנד פון דער אויבערשטער LT שיכט ניצן פּיעזאָעלעקטרישע רעספּאָנס קראַפט מיקראָסקאָפּיע (PFM), ווי דיפּיקטעד אין פיגור 1 (ג). מיר האָבן באַשטעטיקט אַז מונדיר פּאָלאַריזאַציע איז מיינטיינד אפילו נאָך דעם באַנדינג פּראָצעס.
ניצנדיק דעם LToI סאַבסטראַט, האָבן מיר פאַבריצירט דעם כוואַליעגייד ווי פאָלגט. ערשטנס, איז אַ מעטאַל מאַסקע שיכט אַוועקגעלייגט געוואָרן פֿאַר ווייטערדיקן טרוקן עטשינג פון די LT. דערנאָך, איז עלעקטראָן שטראַל (EB) ליטאָגראַפֿיע דורכגעפֿירט געוואָרן צו דעפֿינירן דעם כוואַליעגייד קערן מוסטער אויף שפּיץ פון דער מעטאַל מאַסקע שיכט. דערנאָך, האָבן מיר טראַנספֿערירט דעם EB רעזיסט מוסטער צו דער מעטאַל מאַסקע שיכט דורך טרוקן עטשינג. דערנאָך, איז דער LToI כוואַליעגייד קערן געשאַפן געוואָרן ניצנדיק עלעקטראָן ציקלאָטראָן רעזאָנאַנס (ECR) פּלאַזמע עטשינג. צום סוף, איז די מעטאַל מאַסקע שיכט אַוועקגענומען געוואָרן דורך אַ נאַסן פּראָצעס, און אַ SiO2 אָוווערשיכט איז אַוועקגעלייגט געוואָרן ניצנדיק פּלאַזמע-פֿאַרשטאַרקטע כעמישע דאַמף דעפּאָזיציע. פֿיגור 1 (ד) ווײַזט דעם סכעמאַטישן קראָס-סעקציע פון די LToI כוואַליעגייד. די גאַנצע קערן הייך, פּלאַטע הייך, און קערן ברייט זענען 200 נם, 100 נם, און 1000 נם, ריספּעקטיוולי. באַמערקט אַז די קערן ברייט יקספּאַנדז צו 3 מיקראָמעטער בײַם כוואַליעגייד ברעג פֿאַר אָפּטיש פֿאַזער קאַפּלינג.
פיגור 1 (e) ווייזט די אויסגערעכנטע אפטישע אינטענסיטעט פארטיילונג פון די פונדאמענטאלע טראנסווערס עלעקטרישע (TE) מאָדע ביי 1550 נם. פיגור 1 (f) ווייזט די סקענירנדיקע עלעקטראן מיקראסקאפ (SEM) בילד פון די LToI כוואַליעפירער קערן איידער די דעפּאָזיציע פון די SiO2 אָוווערשייטער.
וועווגייד קעראַקטעריסטיקס:מיר האָבן ערשט עוואַלויִרט די לינעאַרע פארלוסט קעראַקטעריסטיקס דורך אַרייַנלייגן TE-פּאָלאַריזירט ליכט פֿון אַ 1550 נם כוואַליע לענג פֿאַרשטאַרקט ספּאָנטאַנע עמיסיע מקור אין LToI כוואַליע פירער פֿון פֿאַרשידענע לענג. דער פּראָפּאַגאַציע פארלוסט איז באַקומען פֿון דעם סלאָופּ פֿון דער באַציִונג צווישן כוואַליע פירער לענג און טראַנסמיסיע ביי יעדער כוואַליע לענג. די געמאָסטענע פּראָפּאַגאַציע פארלוסטן זענען געווען 0.32, 0.28, און 0.26 dB/cm ביי 1530, 1550, און 1570 נם, ריספּעקטיוולי, ווי געוויזן אין פֿיגור 2 (a). די פֿאַבריצירטע LToI כוואַליע פירער האָבן אויסגעוויזן פֿאַרגלייַכלעכע נידעריק-פארלוסט פאָרשטעלונג צו שטאַט-פון-די-קונסט LNoI כוואַליע פירער [10].
ווייטער, האבן מיר אפגעשאצט די χ(3) נישט-לינעאריטעט דורך די כוואליע קאנווערזיע גענערירט דורך א פיר-כוואליע מיש-פראצעס. מיר האבן אריינגעגעבן א קאנטינעווער כוואליע פאמפ ליכט ביי 1550.0 נ"מ און א סיגנאל ליכט ביי 1550.6 נ"מ אין א 12 מ"מ לאנגן כוואליע פירער. ווי געוויזן אין פיגור 2 (ב), די פאזע-קאניוגאט (איידלער) ליכט כוואליע סיגנאל אינטענסיטעט האט זיך פארגרעסערט מיט פארגרעסערונג פון אריינגאנג מאכט. די איינשטעל אין פיגור 2 (ב) ווייזט דעם טיפישן ארויסגאנג ספעקטרום פון די פיר-כוואליע מישונג. פון דער באציאונג צווישן אריינגאנג מאכט און קאנווערזיע עפעקטיווקייט, האבן מיר אפגעשאצט דעם נישט-לינעארן פאראמעטער (γ) צו זיין בערך 11 וואט^-1ם.
פיגור 3.(א) מיקראָסקאָפּ בילד פון דעם פאַבריצירטן רינג רעזאָנאַטאָר. (ב) טראַנסמיסיע ספּעקטראַ פון דעם רינג רעזאָנאַטאָר מיט פֿאַרשידענע גאַפּ פּאַראַמעטערס. (ג) געמאָסטענע און לאָרענטציאַן-געפּאַסטע טראַנסמיסיע ספּעקטרום פון דעם רינג רעזאָנאַטאָר מיט אַ גאַפּ פון 1000 נם.
דערנאך, האבן מיר פאבריצירט אן LToI רינג רעזאנאטאר און עוואלואירט זיינע אייגנשאפטן. פיגור 3 (א) ווייזט דאס אפטישע מיקראסקאפ בילד פון דעם פאבריצירטן רינג רעזאנאטאר. דער רינג רעזאנאטאר האט א "רעיס-טרעק" קאנפיגוראציע, באשטייענדיג פון א געבויגענעם ראיאן מיט א ראדיוס פון 100 µm און א גלייכן ראיאן פון 100 µm אין לענג. די ברייט פון דער שפאלט צווישן דעם רינג און דעם באס וועיווגייד קערן ווערירט אין אינקרעמענטן פון 200 נם, ספעציפיש ביי 800, 1000, און 1200 נם. פיגור 3 (ב) ווייזט די טראנסמיסיע ספעקטרא פאר יעדן שפאלט, וואס ווייזט אז די אויסשטארקן פארהעלטעניש ענדערט זיך מיט דער גרייס פון דער שפאלט. פון די ספעקטרא, האבן מיר באשטימט אז דער 1000 נם שפאלט גיט כמעט קריטישע קאפלונג באדינגונגען, ווייל ער ווייזט די העכסטע אויסשטארקן פארהעלטעניש פון -26 dB.
ניצנדיק דעם קריטיש-געקאפלטן רעזאנאטאר, האבן מיר געשאצט דעם קוואליטעט פאקטאר (Q פאקטאר) דורך צופאסן דעם לינעארן טראנסמיסיע ספעקטרום מיט א לארענציאנער קורווע, באקומענדיג אן אינערליכן Q פאקטאר פון 1.1 מיליאן, ווי געוויזן אין פיגור 3 (c). לויט אונזער וויסן, איז דאס די ערשטע דעמאנסטראציע פון א וועיווגייד-געקאפלטן LToI רינג רעזאנאטאר. באמערקענסווערט, דער Q פאקטאר ווערט וואס מיר האבן דערגרייכט איז באדייטנד העכער ווי יענער פון פיבער-געקאפלטן LToI מיקראדיסק רעזאנאטארן [9].
מסקנא:מיר האָבן אַנטוויקלט אַן LToI כוואַליעגייד מיט אַ אָנווער פון 0.28 dB/cm ביי 1550 nm און אַ רינג רעזאָנאַטאָר Q פאַקטאָר פון 1.1 מיליאָן. די פאָרשטעלונג וואָס מיר האָבן באַקומען איז פאַרגלייַכלעך צו יענע פון די מאָדערנע נידעריק-פאַרלוסט LNoI כוואַליעגיידס. דערצו, מיר האָבן אויסגעפאָרשט די χ(3) ניט-לינעאַריטעט פון די פאַבריצירטע LToI כוואַליעגייד פֿאַר ניט-לינעאַרע אַפּליקאַציעס אויף אַ טשיפּ.
פּאָסט צייט: 20סטן נאוועמבער 2024