Wafer PIC de tantalato de lítio de 4 a 6 polegadas -- Guia de onda de tantalato de lítio em isolador de baixa perda para fotônica não linear em chip
Resumo: Desenvolvemos um guia de ondas de tantalato de lítio em isolador de 1550 nm com uma perda de 0,28 dB/cm e um fator de qualidade de ressonador toroidal de 1,1 milhões.A aplicação da não-linearidade na fotônica não-linear é estudada.
1Introdução.
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]Além do LN, o tantalato de lítio (LT) também foi estudado como um material fotónico não linear.O LT tem um limiar de danos ópticos mais elevado e uma janela ópticamente transparente mais larga [4]., 5], embora os seus parâmetros ópticos sejam semelhantes aos da LN, como o índice de refração e o coeficiente não linear [6,7].O LToI é, portanto, outro forte candidato material para aplicações fotônicas não-lineares de alta potência óptica.Além disso, o LToI está a emergir como um material importante para as partes de filtros de ondas acústicas de superfície (SAW) para aplicações móveis e sem fios de alta velocidade.Os chips LToI podem tornar-se um material mais comum para aplicações fotónicasNo entanto, apenas alguns dispositivos fotônicos baseados em LTOI foram relatados até à data, como ressonadores de microdiscos [8] e deslocadores de fase eletro-ópticos [9].Introduzimos um guia de ondas LToI de baixa perda e sua aplicação em ressonadores de anel. Além disso, é fornecida a não-linearidade χ(3) do guia de ondas LToI.
Destaque
Forneça 4 "-6"LTOIWafer, wafer de tantalato de lítio de filme fino, espessura superior de 100nm-1500nm, tecnologia doméstica, processo maduro
Outros produtos;
LTOIO mais poderoso concorrente do niobato de lítio, as bolhas de tantalato de lítio de filme fino
- Não.O LNOI de 8 polegadas suporta a produção em massa de filmes finos de niobato de lítio numa escala maior
Fabricação em tubos de fibras sintéticas
Neste estudo, usámos wafers LTOI de 4 polegadas.A camada LT superior é um substrato LT de corte Y rotativo de 42° comercial para dispositivos SAW que se liga diretamente a um substrato Si com uma camada de óxido térmico de 3 μm de espessura e realiza um processo de corte inteligenteA figura 1 (a) mostra a visão superior da wafer LToI, onde a camada LT superior tem uma espessura de 200 nm. A rugosidade da superfície da camada LT superior foi avaliada utilizando microscopia de força atómica (AFM).
Figura 1. a) Vista superior da bolacha LToI, b) imagem AFM da superfície da camada LT superior, c) imagem PFM da superfície da camada LT superior, d) secção transversal esquemática do guia de ondas LToI,e) Esboço calculado do modo de TE de base, e f) Imagem SEM do núcleo do guia de ondas LToI antes da deposição do revestimento de SiO2.
Tal como mostrado na figura 1 (b), a rugosidade da superfície é inferior a 1 nm e não são observadas linhas de arranhões.examinamos a polarização da camada LT superior usando um microscópio de força de resposta piezoelétrica (PFM)Mesmo após o processo de ligação, confirmamos que a polarização uniforme foi mantida.
Utilizando oLTOIPrimeiro, depositamos uma camada de máscara de metal para a gravação em seco LT subsequente.Em seguida, realizamos litografia de feixe de elétrons (EB) para definir o padrão do núcleo do guia de ondas em cima da camada de máscara de metalEm seguida, transferimos o padrão de resistência EB para a camada de máscara de metal por gravura a seco.Removemos a camada de máscara metálica por um processo molhado e depositamos a camada de cobertura de SiO2 por deposição de vapor químico com plasma reforçadoA figura 1 (d) mostra a secção transversal esquemática do guia de ondas LToI. A altura total do núcleo, a altura da placa e a largura do núcleo são, respectivamente, 200, 100 e 1000 nm.Observe que para facilitar o acoplamento de fibras, a largura do núcleo é alargada para 3 μm na borda do guia de ondas. A figura 1 (e) mostra a distribuição calculada da intensidade da onda luminosa para o modo de campo elétrico transversal (TE) básico a 1550 nm.A figura 1 (f) mostra uma imagem do núcleo do guia de ondas LToI através de um microscópio eletrônico de varredura (SEM) antes da deposição do revestimento de SiO2..
Característica de guia de ondas
Primeiro, avaliamos as propriedades de perda linear alimentando a luz polarizada TE de uma fonte de luz auto-emissora amplificada a 1550 nm em guias de onda LToI com comprimentos variáveis.A perda de propagação é obtida a partir da inclinação da relação entre o comprimento do guia de ondas e a transmissão de cada comprimento de ondaAs perdas de propagação medidas são 0.32, 0,28 e 0,26 dB/cm a 1530, 1550 e 1570 nm, respetivamente, conforme mostrado na figura 2 (a).Os guias de onda LToI fabricados apresentam desempenho de perda relativamente baixo, semelhante aos guias de onda LNOI mais avançados [10].
Em seguida, avaliamos χ(3) a não-linearidade através da conversão de comprimento de onda gerada pelo processo de mistura de quatro ondas.
Fornecemos uma onda de luz de 1550,0 nm de bomba de ondas contínuas e uma onda de luz de sinal de 1550,6 nm em um guia de ondas de 12 mm de comprimento.a intensidade do sinal de onda de luz conjugada de fase (inactiva) aumenta com o aumento da potência de entradaA ilustração na Figura 2 (b) mostra um espectro de saída típico para a mistura de quatro ondas.Podemos estimar o parâmetro não linear (γ) para ser cerca de 11 W-1m
Figura 3. a) Imagem microscópica do ressonador de anel fabricado. b) Espectro de transmissão de um ressonador de anel com vários parâmetros de lacuna.c) Medições de um ressonador de anel com um intervalo de 1000 nm e espectros de transmissão de Lorentzian
Aplicados a ressonadores de anel
Em seguida, fabricámos um ressonador de anel LTOI e avaliámos as suas características.O ressonador de anel tem uma configuração de "pista" constituída por uma área curva com um raio de 100 μm e uma área reta com um comprimento de 100 μmA largura do intervalo entre o anel e o núcleo do guia de ondas do autocarro varia em incrementos de 200 nm, ou seja, 800, 1000 e 1200 nm. A figura 3 (b) mostra o espectro de transmissão para cada intervalo,mostrando que a taxa de extinção varia com a diferençaA partir destes espectros, determinámos que a lacuna de 1000 nm proporciona condições de acoplamento quase críticas, uma vez que tem uma taxa de extinção máxima de -26 dB.Estimamos o fator de qualidade (fator Q) ajustando o espectro de transmissão linear através de LorentzianA primeira demonstração de um ressonador de anel LToI acoplado a um guia de ondas, em particular, foi realizada emo valor do fator Q que obtivemos é muito maior do que o do ressonador de microdisc LToI acoplado a fibra [9]
Conclusão
Desenvolvemos um guia de ondas LTOI com uma perda de 0,28 dB/cm a 1550 nm e um valor Q do ressonador de anel de 1,1 milhões.
O desempenho obtido é comparável ao dos mais avançados guias de ondas LNoI de baixa perda.A não-linearidade dos guias de onda LTOI fabricados em aplicações não-lineares em chip também é estudada..
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