সারাংশ:আমরা একটি ১৫৫০ এনএম ইনসুলেটর-ভিত্তিক লিথিয়াম ট্যান্টালেট ওয়েভগাইড তৈরি করেছি যার ক্ষতি ০.২৮ ডিবি/সেমি এবং রিং রেজোনেটর মানের গুণমান ১.১ মিলিয়ন। নন-লিনিয়ার ফোটোনিক্সে χ(3) নন-লিনিয়ারিটির প্রয়োগ অধ্যয়ন করা হয়েছে। লিথিয়াম নিওবেট অন ইনসুলেটর (LNoI) এর সুবিধা, যা চমৎকার χ(2) এবং χ(3) নন-লিনিয়ার বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে এবং এর "ইনসুলেটর-অন" কাঠামোর কারণে শক্তিশালী অপটিক্যাল কনফিনেশন, অতি-দ্রুত মডুলেটর এবং ইন্টিগ্রেটেড নন-লিনিয়ার ফোটোনিক্সের জন্য ওয়েভগাইড প্রযুক্তিতে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতির দিকে পরিচালিত করেছে [1-3]। LN ছাড়াও, লিথিয়াম ট্যান্টালেট (LT) একটি নন-লিনিয়ার ফোটোনিক উপাদান হিসাবেও তদন্ত করা হয়েছে। LN এর তুলনায়, LT এর একটি উচ্চতর অপটিক্যাল ক্ষতি থ্রেশহোল্ড এবং একটি বৃহত্তর অপটিক্যাল স্বচ্ছতা উইন্ডো রয়েছে [4, 5], যদিও এর অপটিক্যাল পরামিতি, যেমন রিফ্র্যাক্টিভ ইনডেক্স এবং নন-লিনিয়ার সহগ, LN এর মতোই [6, 7]। সুতরাং, উচ্চ অপটিক্যাল পাওয়ার ননলাইনার ফোটোনিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য LToI আরেকটি শক্তিশালী প্রার্থী উপাদান হিসেবে দাঁড়িয়েছে। তাছাড়া, LToI উচ্চ-গতির মোবাইল এবং ওয়্যারলেস প্রযুক্তিতে প্রযোজ্য সারফেস অ্যাকোস্টিক ওয়েভ (SAW) ফিল্টার ডিভাইসের জন্য একটি প্রাথমিক উপাদান হয়ে উঠছে। এই প্রেক্ষাপটে, LToI ওয়েফারগুলি ফোটোনিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আরও সাধারণ উপকরণ হয়ে উঠতে পারে। তবে, আজ পর্যন্ত, LToI-এর উপর ভিত্তি করে মাত্র কয়েকটি ফোটোনিক ডিভাইস রিপোর্ট করা হয়েছে, যেমন মাইক্রোডিস্ক রেজোনেটর [8] এবং ইলেক্ট্রো-অপটিক ফেজ শিফটার [9]। এই গবেষণাপত্রে, আমরা একটি কম-ক্ষতিযুক্ত LToI ওয়েভগাইড এবং একটি রিং রেজোনেটরে এর প্রয়োগ উপস্থাপন করছি। অতিরিক্তভাবে, আমরা LToI ওয়েভগাইডের χ(3) ননলাইনার বৈশিষ্ট্য প্রদান করি।
গুরুত্বপূর্ণ বিষয়:
• ৪ ইঞ্চি থেকে ৬ ইঞ্চি LToI ওয়েফার, পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম ট্যানটালেট ওয়েফার, যার উপরের স্তরের পুরুত্ব ১০০ ন্যানোমিটার থেকে ১৫০০ ন্যানোমিটার পর্যন্ত, দেশীয় প্রযুক্তি এবং পরিপক্ক প্রক্রিয়া ব্যবহার করে।
• SINOI: অতি-নিম্ন ক্ষতির সিলিকন নাইট্রাইড পাতলা-ফিল্ম ওয়েফার।
• SICOI: সিলিকন কার্বাইড ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটের জন্য উচ্চ-বিশুদ্ধতা আধা-অন্তরক সিলিকন কার্বাইড পাতলা-ফিল্ম সাবস্ট্রেট।
• LTOI: লিথিয়াম নিওবেট, পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম ট্যানটালেট ওয়েফারের একটি শক্তিশালী প্রতিযোগী।
• LNOI: 8-ইঞ্চি LNOI বৃহত্তর আকারের পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট পণ্যের ব্যাপক উৎপাদনে সহায়তা করে।
ইনসুলেটর ওয়েভগাইডে উৎপাদন:এই গবেষণায়, আমরা 4-ইঞ্চি LToI ওয়েফার ব্যবহার করেছি। উপরের LT স্তরটি SAW ডিভাইসের জন্য একটি বাণিজ্যিক 42° ঘূর্ণিত Y-কাট LT সাবস্ট্রেট, যা 3 µm পুরু তাপীয় অক্সাইড স্তর সহ একটি Si সাবস্ট্রেটের সাথে সরাসরি সংযুক্ত, একটি স্মার্ট কাটিং প্রক্রিয়া ব্যবহার করে। চিত্র 1(a) LToI ওয়েফারের একটি শীর্ষ দৃশ্য দেখায়, যার উপরের LT স্তরের পুরুত্ব 200 nm। আমরা পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি (AFM) ব্যবহার করে উপরের LT স্তরের পৃষ্ঠের রুক্ষতা মূল্যায়ন করেছি।
চিত্র ১.(a) LToI ওয়েফারের উপরের দৃশ্য, (b) উপরের LT স্তরের পৃষ্ঠের AFM চিত্র, (c) উপরের LT স্তরের পৃষ্ঠের PFM চিত্র, (d) LToI ওয়েভগাইডের স্কিম্যাটিক ক্রস-সেকশন, (e) গণনা করা মৌলিক TE মোড প্রোফাইল, এবং (f) SiO2 ওভারলেয়ার জমা হওয়ার আগে LToI ওয়েভগাইড কোরের SEM চিত্র। চিত্র 1 (b) তে দেখানো হয়েছে, পৃষ্ঠের রুক্ষতা 1 nm এর কম, এবং কোনও স্ক্র্যাচ লাইন পরিলক্ষিত হয়নি। অতিরিক্তভাবে, আমরা চিত্র 1 (c) তে দেখানো পাইজোইলেকট্রিক রেসপন্স ফোর্স মাইক্রোস্কোপি (PFM) ব্যবহার করে উপরের LT স্তরের পোলারাইজেশন অবস্থা পরীক্ষা করেছি। আমরা নিশ্চিত করেছি যে বন্ধন প্রক্রিয়ার পরেও অভিন্ন পোলারাইজেশন বজায় রাখা হয়েছিল।
এই LToI সাবস্ট্রেট ব্যবহার করে, আমরা ওয়েভগাইডটি নিম্নরূপ তৈরি করেছি। প্রথমে, LT-এর পরবর্তী শুষ্ক এচিংয়ের জন্য একটি ধাতব মাস্ক স্তর জমা করা হয়েছিল। তারপরে, ধাতব মাস্ক স্তরের উপরে ওয়েভগাইড কোর প্যাটার্ন সংজ্ঞায়িত করার জন্য ইলেকট্রন বিম (EB) লিথোগ্রাফি করা হয়েছিল। এরপর, আমরা শুষ্ক এচিংয়ের মাধ্যমে EB রেজিস্ট প্যাটার্নটি ধাতব মাস্ক স্তরে স্থানান্তরিত করেছি। এরপর, ইলেকট্রন সাইক্লোট্রন রেজোন্যান্স (ECR) প্লাজমা এচিং ব্যবহার করে LToI ওয়েভগাইড কোর তৈরি করা হয়েছিল। অবশেষে, একটি ভেজা প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ধাতব মাস্ক স্তরটি সরানো হয়েছিল এবং প্লাজমা-বর্ধিত রাসায়নিক বাষ্প জমা ব্যবহার করে একটি SiO2 ওভারলেয়ার জমা করা হয়েছিল। চিত্র 1 (d) LToI ওয়েভগাইডের পরিকল্পিত ক্রস-সেকশন দেখায়। মোট কোর উচ্চতা, প্লেটের উচ্চতা এবং কোর প্রস্থ যথাক্রমে 200 nm, 100 nm এবং 1000 nm। লক্ষ্য করুন যে অপটিক্যাল ফাইবার কাপলিং-এর জন্য ওয়েভগাইড প্রান্তে কোর প্রস্থ 3 µm পর্যন্ত প্রসারিত হয়।
চিত্র ১ (ঙ) ১৫৫০ এনএম-এ মৌলিক ট্রান্সভার্স ইলেকট্রিক (TE) মোডের গণনাকৃত অপটিক্যাল তীব্রতা বন্টন প্রদর্শন করে। চিত্র ১ (চ) SiO2 ওভারলেয়ার জমা হওয়ার আগে LToI ওয়েভগাইড কোরের স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ (SEM) চিত্র দেখায়।
ওয়েভগাইডের বৈশিষ্ট্য:আমরা প্রথমে 1550 nm তরঙ্গদৈর্ঘ্যের প্রশস্ত স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন উৎস থেকে TE-পোলারাইজড আলোকে বিভিন্ন দৈর্ঘ্যের LToI তরঙ্গগাইডে ইনপুট করে রৈখিক ক্ষতির বৈশিষ্ট্যগুলি মূল্যায়ন করেছি। প্রতিটি তরঙ্গদৈর্ঘ্যে তরঙ্গগাইড দৈর্ঘ্য এবং সংক্রমণের মধ্যে সম্পর্কের ঢাল থেকে প্রচার ক্ষতি পাওয়া গেছে। পরিমাপিত প্রচার ক্ষতি ছিল 1530, 1550 এবং 1570 nm এ যথাক্রমে 0.32, 0.28 এবং 0.26 dB/cm, যেমন চিত্র 2 (a) তে দেখানো হয়েছে। তৈরি LToI তরঙ্গগাইডগুলি অত্যাধুনিক LNoI তরঙ্গগাইডের সাথে তুলনীয় কম-ক্ষতির কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করেছে [10]।
এরপর, আমরা চার-তরঙ্গ মিশ্রণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে উৎপন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য রূপান্তরের মাধ্যমে χ(3) অরৈখিকতা মূল্যায়ন করেছি। আমরা 12 মিমি লম্বা তরঙ্গগাইডে 1550.0 nm-এ একটি অবিচ্ছিন্ন তরঙ্গ পাম্প আলো এবং 1550.6 nm-এ একটি সংকেত আলো ইনপুট করেছি। চিত্র 2 (b) তে দেখানো হয়েছে, ইনপুট শক্তি বৃদ্ধির সাথে সাথে ফেজ-কনজুগেট (অলস) আলোক তরঙ্গ সংকেতের তীব্রতা বৃদ্ধি পেয়েছে। চিত্র 2 (b) তে ইনসেটটি চার-তরঙ্গ মিশ্রণের সাধারণ আউটপুট বর্ণালী দেখায়। ইনপুট শক্তি এবং রূপান্তর দক্ষতার মধ্যে সম্পর্ক থেকে, আমরা অরৈখিক পরামিতি (γ) আনুমানিক 11 W^-1m অনুমান করেছি।
চিত্র ৩।(ক) তৈরি রিং রেজোনেটরের মাইক্রোস্কোপ চিত্র। (খ) বিভিন্ন গ্যাপ প্যারামিটার সহ রিং রেজোনেটরের ট্রান্সমিশন স্পেকট্রা। (গ) ১০০০ এনএম গ্যাপ সহ রিং রেজোনেটরের পরিমাপিত এবং লরেন্টজিয়ান-ফিটেড ট্রান্সমিশন স্পেকট্রাম।
এরপর, আমরা একটি LToI রিং রেজোনেটর তৈরি করেছি এবং এর বৈশিষ্ট্যগুলি মূল্যায়ন করেছি। চিত্র 3 (a) তৈরি রিং রেজোনেটরের অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপ চিত্র দেখায়। রিং রেজোনেটরটিতে একটি "রেসট্র্যাক" কনফিগারেশন রয়েছে, যার মধ্যে 100 µm ব্যাসার্ধের একটি বাঁকা অঞ্চল এবং 100 µm দৈর্ঘ্যের একটি সরল অঞ্চল রয়েছে। রিং এবং বাস ওয়েভগাইড কোরের মধ্যে ফাঁক প্রস্থ 200 nm বৃদ্ধিতে পরিবর্তিত হয়, বিশেষ করে 800, 1000 এবং 1200 nm এ। চিত্র 3 (b) প্রতিটি ফাঁকের জন্য ট্রান্সমিশন স্পেকট্রা প্রদর্শন করে, যা নির্দেশ করে যে ফাঁকের আকারের সাথে বিলুপ্তির অনুপাত পরিবর্তিত হয়। এই বর্ণালী থেকে, আমরা নির্ধারণ করেছি যে 1000 nm ফাঁক প্রায় গুরুত্বপূর্ণ সংযোগ পরিস্থিতি প্রদান করে, কারণ এটি -26 dB এর সর্বোচ্চ বিলুপ্তির অনুপাত প্রদর্শন করে।
সমালোচনামূলকভাবে সংযুক্ত অনুরণনকারী ব্যবহার করে, আমরা লিনিয়ার ট্রান্সমিশন স্পেকট্রামকে লরেন্টজিয়ান বক্ররেখার সাথে ফিট করে গুণমান ফ্যাক্টর (Q ফ্যাক্টর) অনুমান করেছি, চিত্র 3 (c) তে দেখানো হিসাবে 1.1 মিলিয়নের অভ্যন্তরীণ Q ফ্যাক্টর পেয়েছি। আমাদের জানা মতে, এটি একটি ওয়েভগাইড-কাপল্ড LToI রিং রেজোনেটরের প্রথম প্রদর্শন। উল্লেখযোগ্যভাবে, আমরা যে Q ফ্যাক্টর মান অর্জন করেছি তা ফাইবার-কাপল্ড LToI মাইক্রোডিস্ক রেজোনেটরের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি [9]।
উপসংহার:আমরা ১৫৫০ এনএম-এ ০.২৮ ডিবি/সেমি লস এবং ১.১ মিলিয়ন রিং রেজোনেটর কিউ ফ্যাক্টর সহ একটি LToI ওয়েভগাইড তৈরি করেছি। প্রাপ্ত কর্মক্ষমতা অত্যাধুনিক লো-লস LNoI ওয়েভগাইডের সাথে তুলনীয়। অতিরিক্তভাবে, আমরা অন-চিপ নন-লিনিয়ার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য তৈরি LToI ওয়েভগাইডের χ(3) নন-লিনিয়ারতা তদন্ত করেছি।
পোস্টের সময়: নভেম্বর-২০-২০২৪