4 pulgadas 6 pulgadas de litio Tantalato oblea PIC-- Lítio Tantalato guía de ondas en aislante de baja pérdida para fotónica no lineal en el chip
Resumen: Hemos desarrollado una guía de ondas de tantalato de litio en un aislante de 1550 nm con una pérdida de 0,28 dB/cm y un factor de calidad de resonancia toroidal de 1,1 millones.Se estudia la aplicación de la no linealidad en fotónica no lineal.
1- ¿ Cómo se llama?
Waveguide technology based on lithium niobate insulators (LNoI) has made great progress in the field of ultra-high speed modulators and on-chip nonlinear photonics due to their favorable χ(2) and χ(3) nonlinear properties and the strong optical limiting effect generated by the "on-insulator" structure [1-3]Además del LN, el tantalato de litio (LT) también ha sido estudiado como material fotónico no lineal.El LT tiene un umbral de daño óptico más alto y una ventana ópticamente transparente más amplia [4]., 5], aunque sus parámetros ópticos son similares a los de LN, como el índice de refracción y el coeficiente no lineal [6,7].El LToI es, por lo tanto, otro material candidato fuerte para aplicaciones de fotónica no lineal de alta potencia ópticaAdemás, el LToI está emergiendo como un material importante para las partes de filtros de ondas acústicas de superficie (SAW) para aplicaciones móviles y inalámbricas de alta velocidad.Los chips LToI pueden convertirse en un material más común para aplicaciones fotónicasSin embargo, hasta la fecha sólo se han informado unos pocos dispositivos fotónicos basados en LTOI, como los resonadores de microdiscos [8] y los cambios de fase electroópticos [9].introducimos una guía de onda LToI de baja pérdida y su aplicación en resonadores de anillo. Además, se proporciona la no linealidad χ(3) de la guía de onda LToI.
Lo más destacado
Proporcionar 4 "-6"El LTOIWafer, wafer de tantalato de litio de película delgada, grosor superior de 100nm-1500nm, tecnología nacional, proceso maduro
Otros productos;
El LTOIEl competidor más potente del niobato de litio, las obleas de tantalato de litio de película delgada
No lo sé.El LNOI de 8 pulgadas permite la producción en masa de películas delgadas de niobato de litio a mayor escala.
Fabricación de tubos de aluminio
En este estudio, usamos obleas LTOI de 4 pulgadas.La capa LT superior es un sustrato LT de corte en Y rotativo de 42 ° comercial para dispositivos SAW que se une directamente a un sustrato Si con una capa de óxido térmico de 3 μm de espesor y realiza un proceso de corte inteligenteLa figura 1a muestra la vista superior de la oblea LToI, donde la capa LT superior tiene un grosor de 200 nm. Se evaluó la rugosidad superficial de la capa LT superior mediante microscopía de fuerzas atómicas (AFM).
Figura 1. a) Vista superior de la oblea LToI, b) imagen AFM de la superficie superior de la capa LT, c) imagen PFM de la superficie superior de la capa LT, d) sección transversal esquemática de la guía de onda LToI,e) Esquema calculado del modo TE básico, y f) Imagen SEM del núcleo de la guía de ondas LToI antes de la deposición del revestimiento de SiO2.
Como se muestra en la figura 1 (b), la rugosidad de la superficie es inferior a 1 nm y no se observan rasguños.Hemos examinado la polarización de la capa LT superior utilizando un microscopio de fuerza de respuesta piezoeléctrica (PFM), como se muestra en la Figura 1 (c). Incluso después del proceso de unión, confirmamos que se mantuvo una polarización uniforme.
Utilizando elEl LTOIPrimero, depositamos una capa de máscara de metal para el grabado en seco LT posterior.Luego realizamos litografía de haz de electrones (EB) para definir el patrón del núcleo de la guía de ondas en la parte superior de la capa de máscara de metalLuego, transferimos el patrón de resistencia EB a la capa de la máscara de metal mediante grabado en seco. Después de eso, el núcleo de la guía de ondas LToI se forma mediante grabado de plasma de resonancia de ciclotrones de electrones (ECR). Finalmente, el núcleo de la guía de ondas LToI se forma mediante grabado de plasma de ciclotrones de electrones.Hemos eliminado la capa de máscara metálica por un proceso húmedo y depositado la capa de cobertura de SiO2 por deposición de vapor químico de plasma mejoradoLa figura 1 (d) muestra la sección esquemática de la guía de onda LToI. La altura total del núcleo, la altura de la placa y el ancho del núcleo son 200, 100 y 1000 nm, respectivamente.Tenga en cuenta que para facilitar el acoplamiento de fibra, la anchura del núcleo se extiende a 3 μm en el borde del guía de ondas. La figura 1 (e) muestra la distribución calculada de la intensidad de la onda de luz para el modo de campo eléctrico transversal básico (TE) a 1550 nm.La figura 1 (f) muestra una imagen del núcleo de la guía de ondas LToI con microscopio electrónico de exploración (SEM) antes de que se depositara el recubrimiento de SiO2..
Característica de la guía de ondas
Primero, evaluamos las propiedades de pérdida lineal alimentando la luz polarizada TE de una fuente de luz autoemitiente amplificada a 1550 nm en guías de onda LToI con longitudes variables.La pérdida de propagación se obtiene de la pendiente de la relación entre la longitud del guía de ondas y la transmitancia de cada longitud de ondaLas pérdidas de propagación medidas son 0.32, 0,28 y 0,26 dB/cm a 1530, 1550 y 1570 nm, respectivamente, como se muestra en la figura 2 a).Las guías de onda LToI fabricadas presentan un rendimiento de pérdida bastante bajo similar a las guías de onda LNOI más avanzadas [10].
Luego evaluamos χ(3) la no linealidad a través de la conversión de longitud de onda generada por el proceso de mezcla de cuatro ondas.
Hemos alimentado una onda de luz de 1550,0 nm de bomba de onda continua y una onda de luz de señal de 1550,6 nm en una guía de onda de 12 mm de largo.la intensidad de la señal de onda de luz conjugada en fase (inactiva) aumenta con el aumento de la potencia de entradaLa ilustración de la figura 2 (b) muestra un espectro de salida típico para la mezcla de cuatro ondas.Podemos estimar que el parámetro no lineal (γ) es de aproximadamente 11 W-1m
Figura 3. a) Imagen microscópica del resonador de anillo fabricado. b) Espectro de transmisión de un resonador de anillo con varios parámetros de intervalo.(c) Medidas de un resonador de anillo con una brecha de 1000 nm y espectros de transmisión de Lorentzian
Aplicados a los resonadores de anillo
A continuación, fabricamos un resonador de anillo LTOI y evaluamos sus características. La figura 3 (a) muestra una imagen de microscopio óptico del resonador de anillo fabricado.El resonador de anillo tiene una configuración de "pista" que consiste en una zona curva con un radio de 100 μm y una zona recta con una longitud de 100 μmLa anchura de la distancia entre el anillo y el núcleo del bus guía de ondas varía en incrementos de 200 nm, es decir, 800, 1000 y 1200 nm. La figura 3 (b) muestra el espectro de transmisión para cada distancia,mostrando que la proporción de extinción varía con la brechaA partir de estos espectros, determinamos que la brecha de 1000 nm proporciona condiciones de acoplamiento casi críticas, ya que tiene una relación de extinción máxima de -26 dB.Estimamos el factor de calidad (factor Q) ajustando el espectro de transmisión lineal a través de LorentzianEn el caso de los electrodos de alta velocidad, el factor Q interno es de 1,1 millones, tal como se muestra en la figura 3 (c).el valor del factor Q que obtuvimos es mucho mayor que el del resonador de microdisc LToI acoplado a fibra [9]
Conclusión
Hemos desarrollado una guía de onda LTOI con una pérdida de 0,28 dB/cm a 1550 nm y un valor Q del resonador de anillo de 1,1 millones.
El rendimiento obtenido es comparable al de las más avanzadas guías de onda LNoI de baja pérdida.También se estudia la no linealidad de las guías de onda LTOI fabricadas en aplicaciones no lineales en el chip..
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