Aotelega:Ua matou atiaeina se 1550 nm insulator-based lithium tantalate waveguide ma se gau o le 0.28 dB/cm ma se ring resonator quality factor o le 1.1 miliona. Ua suʻesuʻeina le faʻaaogaina o le χ(3) nonlinearity i le nonlinear photonics. O lelei o le lithium niobate i luga o le insulator (LNoI), lea e faʻaalia ai meatotino lelei o le χ(2) ma le χ(3) nonlinear faʻatasi ai ma le malosi o le optical constraint ona o lona fausaga "insulator-on", ua iʻu ai i le alualu i luma taua i tekinolosi waveguide mo ultrafast modulators ma integrated nonlinear photonics [1-3]. I le faʻaopoopoga i le LN, ua suʻesuʻeina foʻi le lithium tantalate (LT) o se mea photonic nonlinear. Pe a faʻatusatusa i le LN, o le LT e maualuga atu lona optical damage threshold ma se optical transparency window lautele [4, 5], e ui o ana optical parameters, e pei o le refractive index ma nonlinear coefficients, e tutusa ma le LN [6, 7]. O le mea lea, o le LToI e tu matilatila o se isi mea malosi mo talosaga photonic nonlinear malosi maualuga. E le gata i lea, o le LToI ua avea ma mea autu mo masini faamama o le surface acoustic wave (SAW), e mafai ona faaaogaina i tekinolosi feaveaʻi ma uaealesi e maualuga le saoasaoa. I lenei tulaga, o le LToI wafers atonu e avea ma mea masani mo talosaga photonic. Peitai, i le taimi nei, e na o ni nai masini photonic e faavae i luga o le LToI ua lipotia mai, e pei o microdisk resonators [8] ma electro-optic phase shifters [9]. I lenei pepa, matou te tuuina atu se low-loss LToI waveguide ma lona faaaogaina i se ring resonator. E le gata i lea, matou te tuuina atu uiga nonlinear χ(3) o le LToI waveguide.
Manatu Autū:
• O lo'o ofoina atu ni wafer LToI e 4-inisi i le 6-inisi, ni wafer lithium tantalate manifinifi, fa'atasi ai ma le mafiafia o le vaega pito i luga e amata mai le 100 nm i le 1500 nm, e fa'aaogaina ai tekinolosi fa'alotoifale ma faiga fa'atino ua leva.
• SINOI: O fa'ama'i manifinifi e maualalo tele le leiloa o le silicon nitride.
• SICOI: O mea e fa'apipi'i ai le silicon carbide manifinifi e maualuga le mama mo le silicon carbide photonic integrated circuits.
• LTOI: O se tauva malosi i le lithium niobate, o le thin-film lithium tantalate wafers.
• LNOI: LNOI 8-inisi e lagolagoina le gaosiga tele o oloa lithium niobate e tele atu le ata manifinifi.
Gaosiga i luga o Waveguides Insulator:I lenei suʻesuʻega, na matou faʻaaogaina ai ni wafer LToI e 4-inisi. O le vaega pito i luga o le LT o se substrate LT tipi Y faʻapisinisi e 42° le faʻataʻamilomiloina mo masini SAW, lea e faʻapipiʻi saʻo i se substrate Si faʻatasi ai ma se vaega o le oxide vevela e 3 µm le mafiafia, e faʻaaogaina ai se faiga tipi atamai. O le Ata 1(a) o loʻo faʻaalia ai se vaaiga pito i luga o le wafer LToI, faʻatasi ai ma le mafiafia o le vaega pito i luga o le LT e 200 nm. Na matou iloiloina le mafiafia o le luga o le vaega pito i luga o le LT e faʻaaoga ai le atomic force microscopy (AFM).
Ata 1.(a) Va'aiga pito i luga o le LToI wafer, (b) Ata AFM o le fogāeleele o le vaega pito i luga o le LT, (c) Ata PFM o le fogāeleele o le vaega pito i luga o le LT, (d) Fa'asologa o le vaega o le LToI waveguide, (e) Fa'atulagaina o le fa'avae o le TE mode profile, ma le (f) Ata SEM o le LToI waveguide core a'o le'i fa'apipi'iina le SiO2 overlayer. E pei ona fa'aalia i le Ata 1 (b), o le roughness o le fogāeleele e itiiti ifo i le 1 nm, ma e leai ni laina valu na va'aia. E le gata i lea, na matou su'esu'eina le tulaga o le polarization o le vaega pito i luga o le LT e fa'aaoga ai le piezoelectric response force microscopy (PFM), e pei ona fa'aalia i le Ata 1 (c). Na matou fa'amaonia o le polarization tutusa na fa'atumauina e tusa lava pe mae'a le fa'agasologa o le fa'apipi'iina.
I le faʻaaogaina o lenei LToI substrate, na matou faia ai le waveguide e pei ona taua i lalo. Muamua, na faʻapipiʻiina se vaega uʻamea mo le faʻapipiʻiina mago o le LT. Ona faia lea o le electron beam (EB) lithography e faʻamatalaina ai le mamanu autu o le waveguide i luga o le vaega uʻamea. Sosoo ai, na matou faʻaliliuina le mamanu tetee EB i le vaega uʻamea e ala i le faʻapipiʻiina mago. Mulimuli ane, na faia ai le autu o le LToI waveguide e faʻaaoga ai le electron cyclotron resonance (ECR) plasma etching. Mulimuli ane, na aveese le vaega uʻamea e ala i se faiga susu, ma na faʻapipiʻiina se SiO2 overlay e faʻaaoga ai le plasma-enhanced chemical vapor deposition. O loʻo faʻaalia i le Ata 1 (d) le faʻasologa o le cross-section o le LToI waveguide. O le aofaʻi atoa o le maualuga o le autu, le maualuga o le plate, ma le lautele o le autu e 200 nm, 100 nm, ma le 1000 nm, i le faasologa. Manatua o le lautele o le autu e faʻalauteleina i le 3 µm i le pito o le waveguide mo le optical fiber coupling.
O le Ata 1 (e) o loʻo faʻaalia ai le tufatufaina atu o le malosi faʻapitoa o le eletise faʻavae (TE) i le 1550 nm. O le Ata 1 (f) o loʻo faʻaalia ai le ata o le scanning electron microscope (SEM) o le LToI waveguide core aʻo leʻi faʻapipiʻiina le SiO2 overlay.
Uiga o le Taʻiala o le Galu:Na matou iloiloina muamua uiga o le gau o le eletise e ala i le fa'aofiina o le malamalama TE-polarized mai se wavelength 1550 nm ua fa'ateleina le puna o le fa'asalalauga fa'afuase'i i totonu o waveguides LToI o umi eseese. O le gau o le fa'asalalauina na maua mai le slope o le sootaga i le va o le umi o le waveguides ma le fa'asalalauga i wavelength ta'itasi. O gau o le fa'asalalauina na fuaina o le 0.32, 0.28, ma le 0.26 dB/cm i le 1530, 1550, ma le 1570 nm, i le faasologa, e pei ona fa'aalia i le Ata 2 (a). O waveguides LToI na faia na fa'aalia ai le fa'atinoga maualalo o le gau e tutusa ma waveguides LNoI fa'aonaponei [10].
Sosoo ai, na matou iloiloina le χ(3) nonlinearity e ala i le liua o le wavelength na gaosia e se faiga o le palu fa-galu. Na matou faʻaofiina se moli pamu galu faifai pea i le 1550.0 nm ma se moli faailoilo i le 1550.6 nm i totonu o se waveguide e 12 mm le umi. E pei ona faʻaalia i le Ata 2 (b), o le malosi o le faailoilo o le galu o le phase-conjugate (idler) na faʻateleina i le faʻateleina o le malosiaga o le ulufale mai. O le inset i le Ata 2 (b) o loʻo faʻaalia ai le spectrum masani o le output o le palu fa-galu. Mai le sootaga i le va o le malosiaga o le ulufale mai ma le lelei o le liua, na matou faʻatatauina le parameter nonlinear (γ) e tusa ma le 11 W^-1m.
Ata 3.(a) Ata o le maikolosikope o le resonator mama ua faia. (b) Fa'ailoga o le fesiitaiga o le resonator mama ma fa'ailoga eseese o le vaeluaga. (c) Fa'ailoga o le fesiitaiga ua fuaina ma fa'apipi'i i le Lorentzian o le resonator mama ma se vaeluaga e 1000 nm.
Sosoo ai, na matou faia se LToI ring resonator ma iloiloina ona uiga. O le Ata 3 (a) o loʻo faʻaalia ai le ata o le microscope optical o le ring resonator ua faia. O le ring resonator o loʻo i ai se faʻatulagaga "racetrack", e aofia ai se vaega piʻo ma le radius o le 100 µm ma se vaega saʻo o le 100 µm le umi. O le lautele o le va i le va o le mama ma le bus waveguide core e fesuisuiaʻi i le 200 nm, aemaise lava i le 800, 1000, ma le 1200 nm. O le Ata 3 (b) o loʻo faʻaalia ai le transmission spectra mo va taʻitasi, e faʻaalia ai o le extinction ratio e suia faʻatasi ma le tele o le va. Mai nei spectra, na matou iloa ai o le 1000 nm gap e maua ai tulaga faʻapipiʻi taua, aua e faʻaalia ai le extinction ratio aupito maualuga o le -26 dB.
I le fa'aaogaina o le resonator ua matua'i feso'ota'i lelei, na matou fa'atatauina le tulaga lelei (Q factor) e ala i le fa'afetauiina o le linear transmission spectrum ma se Lorentzian curve, ma maua ai se internal Q factor e 1.1 miliona, e pei ona fa'aalia i le Ata 3 (c). I lo matou iloa, o le fa'ata'ita'iga muamua lea o se waveguide-coupled LToI ring resonator. E taua tele, o le tau o le Q factor na matou ausia e matua'i maualuga atu nai lo le fiber-coupled LToI microdisk resonators [9].
Faaiuga:Na matou atiaʻe se taʻiala galu LToI ma le gau o le 0.28 dB/cm i le 1550 nm ma se faʻailoga Q o le mama o le 1.1 miliona. O le faʻatinoga na maua e tutusa ma le faʻatinoga o taʻiala galu LNoI maualalo le gau. E le gata i lea, na matou suʻesuʻeina le χ(3) nonlinearity o le taʻiala galu LToI gaosia mo faʻaoga nonlinear i luga o le chip.
Taimi na lafoina ai: 20-Nov-2024