4インチ6インチリチウムタンタラートウエファー PIC-- 低損失隔離器のリチウムタンタラート波導体 チップ上の非線形光子
概要:我々は,0.28 dB/cmの損失と110万のトロイド rezonatorの品質因数を持つ1550nmの隔離器でリチウムタンタラート波導体を開発しました.非線形光子学における非線形性の応用が研究されている..
1紹介する
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]LN に加え,リチウムタンタラート (LT) も非線形光子材料として研究されています.LTは,より高い光学損傷の限界値と,より広い光学透明の窓を持っています [4, 5],その光学パラメータは,屈折率や非線形係数など,LNのパラメータに似ているが [6,7].したがって,LToIは高光電力の非線形フォトニクスアプリケーションのためのもう一つの強力な材料候補である.さらに,LToIは高速モバイルおよびワイヤレスアプリケーションのための表面音響波 (SAW) フィルター部品のための主要な材料として出現しています.LToIチップは,光学アプリケーションのためのより一般的な材料になり得るしかし,LTOIベースの光子装置は,マイクロディスク共振器 [8]および電光相変容器 [9]など,わずか1つのみ報告されている.低損失のLToI波導体とリング共鳴器の応用を導入しますさらに,LToI波導体の非線形性 χ (−3) が提供されている.
ハイライト
4 "-6" を提供してください.LTOI薄膜リチウムタンタル酸ウエーファー 表面厚さ100nm~1500nm 国産技術 熟成プロセス
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LT 隔熱波導体による製造
この研究では 4インチLTOIウエフを使いました上部LT層は,SAW装置のための商業用42°回転Y切断LT基板で,3μm厚の熱酸化物層でSi基板に直接結合し,知的な切断プロセスを実行する.図 1 (a) は,上部 LT 層が 200 nm の厚さを持つ LToI ウェーファーの上部図を示しています.我々は原子力顕微鏡 (AFM) を使用して上部 LT 層の表面粗さを評価しました.
図1. (a) LToI ワッフルの上部図, (b) 上部 LT 層表面の AFM 画像, (c) 上部 LT 層表面の PFM 画像, (d) LToI 波導体の図面的横断,(e) 基本型TEモードの計算概要及び (f) SiO2コーティング堆積前のLToI波導核のSEM画像.
図"b) に示すように,表面の荒さは1nm未満で,擦り線は観測されません.ピエゾ電気反応力顕微鏡 (PFM) を使用して上部LT層の偏振を調べました結合過程の後でさえ,均質な偏振が維持されていることを確認しました.
システムを使用LTOIまず,LTの乾燥エッチングのために金属マスク層を埋める.メタルマスク層の上に波導体コアパターンを定義するために電子ビーム (EB) リトグラフィーを実行します次に,我々は乾燥エッチングで金属マスク層にEB抵抗パターンを転送. その後,電子サイクロトロン共鳴 (ECR) プラズマエッチングでLToI波導体コアが形成されます.最後に,湿ったプロセスで金属マスク層を取り除き,プラズマ強化化学蒸気堆積によってSiO2カバー層を堆積しました図 1 (d) は,LToI波導体の図面的横切りを示しています.総コア高さ,プレート高さ,コア幅はそれぞれ200,100,1000nmです.繊維の結合を容易にするため図1 (e) は,基礎横軸電場 (TE) モードで1550nmで計算された光波強度の分布を示しています.図1 (f) は,SiO2コーティングが堆積される前のLToI波導体コアのスキャン電子顕微鏡 (SEM) 画像を示しています..
波導の特徴
まず,1550nmで増幅された自己発射光源から異なる長さのLToI波導体に TE偏光光を供給することによって線形損失特性を評価します.伝播損失は,波導体の長さと各波長の伝播率の間の関係から得られる.測定した伝播損失は0です32図2 (a) に示すように,1530nm,1550nm,1570nmで0.28 dB/cm,0.26 dB/cm製造されたLToI波導体は,最も先進的なLNOI波導体と同様の比較的低損失性能を示している [10].
波長変換によって χ (−3) の非線形性を評価します.
連続波ポンプの光波1550.0nmと信号光波1550.6nmを 12mmの長波導体に供給しました 図2 (b) に示すように信号の強度は,入力電力の増加とともに増加します.図2 (b) の図は,4波混合の典型的な出力スペクトルを示しています. 入力電力と変換効率の関係から,線形でないパラメータ (γ) は 11 W-1m と推定できます
図3. (a) 製造されたリング共振器の顕微鏡画像. (b) 異なるギャップパラメータを持つリング共振器の伝達スペクトル.(c) 1000 nm のギャップとローレンツの配列伝達スペクトルのリング共振器の測定
リング・レゾナタに適用する
次に,LTOIリング共鳴器を製造し,その特性を評価しました.図3 (a) は,製造されたリング共鳴器の光学顕微鏡画像を示しています.リング共鳴器は,半径100μmの曲線面と長さ100μmの直線面からなる"ランウェイ"の配置を有する.. リングとバス波導体コア間のギャップ幅は200nm,すなわち800,1000,および1200nmの増加で変化します.図3 (b) は各ギャップの伝達スペクトルを示しています.絶滅比率がギャップによって変化することを示していますこのスペクトルから,我々は1000nmのギャップは, -26 dBの最大絶滅比を持つため,ほぼ重要なカップリング条件を提供することを決定しました.ローレンツ系を通る線形伝達スペクトルに合わせることで,質の因数 (Q因数) を推定します図3 (c) に示されているように,内部Q因子110万を得ます.我々の知る限り,これは波導体結合LToIリング共振器の最初の実証です.特に,Qファクタルの値は,LToIマイクロディスク共振器のよりはるかに高い [9]
結論
1550nmで 0.28 dB/cmの損失と 1.1百万のリング共振器Q値を持つ LTOI波導体を開発しました
性能は最先端のLNoI低損失波導体と比べられる.また,チップ上の非線形アプリケーションにおける製造されたLTOI波導体の非線形性も研究されている..
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