46-inch lithium tantalaat wafer PIC-- Lithium tantalaat golfgeleider op laagverlies isolator voor niet-lineaire fotonica op chip

4 inch 6 inch lithium tantalaat wafer PIC-- Lithium tantalaat golfgeleider op lage verlies isolator voor niet-lineaire fotonica op chip

Samenvatting: We hebben een lithium-tantalaatgolfgeleider ontwikkeld op een 1550 nm-isolator met een verlies van 0,28 dB/cm en een toroïdale resonatorkwaliteitsfactor van 1,1 miljoen.De toepassing van χ(3) nietlineariteit in nietlineaire fotonica wordt bestudeerd.

1. Introductie

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]Naast LN is ook lithiumtantalaat (LT) als niet-lineair fotonisch materiaal bestudeerd.LT heeft een hogere drempel voor optische schade en een breder optisch transparant venster [4]., 5], hoewel de optische parameters vergelijkbaar zijn met die van LN, zoals brekingsindex en niet-lineaire coëfficiënt [6,7].LToI is daarom een ander sterk materiaalkandidaat voor niet-lineaire fotonica met een hoog optisch vermogenBovendien wordt LToI een belangrijk materiaal voor filteronderdelen voor oppervlakteakoestische golven (SAW) voor mobiele en draadloze toepassingen met hoge snelheid.LToI-chips kunnen een veel voorkomender materiaal voor fotonische toepassingen wordenEr zijn echter tot nu toe slechts enkele op LTOI gebaseerde fotonische apparaten gemeld, zoals microdiscresonatoren [8] en elektro-optische faseverschuivers [9].we introduceren een laagverlies LToI golfgeleider en de toepassing ervan in ringresonatorenBovendien wordt de niet-lineariteit van de LToI-golfgeleider aangegeven.

Hoogtepunt

Geef 4 "-6"LTOIwafer, dunne film lithiumtantalaat wafer, bovenste dikte van 100nm-1500nm, binnenlandse technologie, volwassen proces

andere producten;

LTOI; de krachtigste concurrent van lithiumniobate, dunne film lithiumtantalaat wafers

LNOIDe 8-inch LNOI ondersteunt de massaproductie van lithiumniobate dunne films op grotere schaal

LT vervaardiging van isolatiegolfleiders

In dit onderzoek gebruikten we 4 inch LTOI wafers.De bovenste LT-laag is een commercieel 42° roterend Y-cut LT-substraat voor SAW-apparaten dat zich rechtstreeks bindt aan een Si-substraat met een 3 μm dikke thermische oxidelaag en een intelligent snijproces uitvoertFiguur 1a toont de bovenste weergave van de LToI-wafer, waarbij de bovenste LT-laag een dikte heeft van 200 nm.

Figuur 1. (a) bovenste uitzicht van de LToI-wafer, (b) AFM-afbeelding van het bovenste LT-laagoppervlak, (c) PFM-afbeelding van het bovenste LT-laagoppervlak, (d) schematische dwarsdoorsnede van de LToI-golfgeleider,(e) berekende schets van de basistem van de TE, en (f) SEM-beeld van de LToI-golfgeleiderkern vóór SiO2-laagdepositie.

Zoals aangegeven op figuur 1 (b) is de oppervlakte ruw minder dan 1 nm en worden er geen kraslijnen waargenomen.We hebben de polarisatie van de bovenste LT-laag onderzocht met behulp van een piezo-elektrische responskrachtmicroscoop (PFM)Zelfs na het bindproces hebben we bevestigd dat de uniforme polarisatie werd gehandhaafd.

Het gebruik van deLTOIAls we het substraat vervaardigen, maken we de golfgeleider als volgt.We voeren dan elektronstraal (EB) lithografie om het golfgeleider kern patroon te definiëren op de bovenkant van de metalen masker laagVervolgens hebben we het EB-weerstandspatroon overgebracht naar de metalen maskelaag door droog etsen. Daarna wordt de LToI-golfgeleiderkern gevormd door elektronen cyclotronresonantie (ECR) plasma-etsen.We verwijderden de metalen maskerlaag door een nat proces en legden de SiO2-deklaag neer door plasma verbeterde chemische damp afzettingFiguur 1 (d) toont de schematische dwarsdoorsnede van de LToI-golfgeleider.Merk op dat om de vezelkoppeling te vergemakkelijken, wordt de kernbreedte verlengd tot 3 μm aan de rand van de golfgeleider. figuur 1 (e) toont de berekende verdeling van de lichtgolfintensiwiteit voor de basis transversale elektrisch veld (TE) modus bij 1550 nm.Figuur 1 (f) toont een scanning electron microscope (SEM) beeld van de LToI golfgeleider kern voordat de SiO2 coating werd afgezet.

Waaggeleider kenmerk

Ten eerste evalueren we de lineaire verliezeigenschappen door TE-gepolariseerd licht van een versterkte zelf-uitzendende lichtbron bij 1550 nm in LToI-golfleiders met verschillende lengtes in te voeren.Het verspreidingsverlies wordt verkregen uit de helling van de verhouding tussen de lengte van de golfgeleider en de doorstraling van elke golflengteDe gemeten verspreidingsverliezen zijn 0.32, 0,28 en 0,26 dB/cm bij respectievelijk 1530, 1550 en 1570 nm, zoals weergegeven in figuur 2, onder a).De geproduceerde LToI-golfleiders vertonen een vrij laag verliesvermogen vergelijkbaar met de meest geavanceerde LNOI-golfleiders [10].

Vervolgens evalueren we χ(3) niet-lineariteit door de golflengteconversie die wordt gegenereerd door het viergolfmengproces.

We voerden een 1550,0 nm continue golf pomp lichtgolf en een 1550,6 nm signaal lichtgolf in een 12 mm lange golfgeleider.de kracht van het lichtgolfsignaal in faseconjugatie neemt toe met het toenemende invoervermogenDe afbeelding in figuur 2 (b) toont een typisch uitvoerspektrum voor viergolfmenging.we kunnen de niet-lineaire parameter (γ) schatten op ongeveer 11 W-1m

Figuur 3. (a) Microscopisch beeld van de vervaardigde ringresonator. (b) Transmissiespectrum van een ringresonator met verschillende gapparameters.c) Metingen van een ringresonator met een splitsing van 1000 nm en Lorentzian-gepaste transmissie spectra

met een vermogen van niet meer dan 50 W

Vervolgens hebben wij een LTOI-ringresonator gefabriceerd en zijn kenmerken geëvalueerd.De ringresonator heeft een 'runway'-configuratie bestaande uit een gebogen gebied met een straal van 100 μm en een recht gebied met een lengte van 100 μmDe breedte van het gat tussen de ring en de kern van de busgolfgeleider varieert in stappen van 200 nm, d.w.z. 800, 1000 en 1200 nm. Figuur 3 b) toont het transmissie spectrum voor elk gat,Het is duidelijk dat de uitstervingsgraad varieert met het verschil tussenUit deze spectra hebben we vastgesteld dat de 1000 nm-kloof bijna kritieke koppelingsomstandigheden biedt, omdat het een maximale uitstervingsratio van -26 dB heeft.We schatten de kwaliteitsfactor (Q-factor) door het lineaire transmissiespectrum door Lorentzian te passenIn de eerste plaats is het de eerste demonstratie van een LToI-ringresonator met een golfgeleider.de Q-factorwaarde die we hebben verkregen is veel hoger dan die van de met glasvezel gekoppelde LToI microdiskresonator [9]

Conclusies

We hebben een LTOI-golfgeleider ontwikkeld met een verlies van 0,28 dB/cm bij 1550 nm en een Q-waarde van 1,1 miljoen.

De verkregen prestaties zijn vergelijkbaar met die van de meest geavanceerde LNoI-golfleiders met weinig verlies.De niet-lineariteit van gefabriceerde LTOI-golfleiders in niet-lineaire toepassingen op de chip wordt eveneens bestudeerd..

* Neem contact met ons op voor eventuele auteursrechtelijke problemen, en wij zullen deze onmiddellijk aanpakken.