বিমূর্ত:আমরা 0.28 dB/cm এর ক্ষতি সহ একটি 1550 nm ইনসুলেটর-ভিত্তিক লিথিয়াম ট্যান্টালেট ওয়েভগাইড তৈরি করেছি এবং 1.1 মিলিয়নের একটি রিং রেজোনেটর কোয়ালিটি ফ্যাক্টর। অরৈখিক ফোটোনিক্সে χ(3) অরৈখিকতার প্রয়োগ অধ্যয়ন করা হয়েছে। লিথিয়াম নিওবেট অন ইনসুলেটর (LNoI), যা চমৎকার χ(2) এবং χ(3) অরৈখিক বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে এবং এর "ইনসুলেটর-অন" কাঠামোর কারণে শক্তিশালী অপটিক্যাল বন্দিত্ব প্রদর্শন করে, আল্ট্রাফাস্টের জন্য ওয়েভগাইড প্রযুক্তিতে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি ঘটিয়েছে। মডুলেটর এবং ইন্টিগ্রেটেড ননলাইনার ফোটোনিক্স [1-3]। এলএন ছাড়াও, লিথিয়াম ট্যান্টালেট (এলটি) একটি ননলাইনার ফোটোনিক উপাদান হিসাবেও তদন্ত করা হয়েছে। LN-এর তুলনায়, LT-এর একটি উচ্চতর অপটিক্যাল ড্যামেজ থ্রেশহোল্ড এবং একটি বিস্তৃত অপটিক্যাল ট্রান্সপারেন্সি উইন্ডো রয়েছে [4, 5], যদিও এর অপটিক্যাল পরামিতিগুলি, যেমন প্রতিসরাঙ্ক সূচক এবং অরৈখিক সহগগুলি LN [6, 7] এর মতো। এইভাবে, LToI উচ্চ অপটিক্যাল পাওয়ার ননলাইনার ফোটোনিক অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য আরেকটি শক্তিশালী প্রার্থী উপাদান হিসাবে দাঁড়িয়েছে। অধিকন্তু, LToI সারফেস অ্যাকোস্টিক ওয়েভ (SAW) ফিল্টার ডিভাইসগুলির জন্য একটি প্রাথমিক উপাদান হয়ে উঠছে, যা উচ্চ-গতির মোবাইল এবং ওয়্যারলেস প্রযুক্তিতে প্রযোজ্য। এই প্রসঙ্গে, LToI ওয়েফারগুলি ফোটোনিক অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য আরও সাধারণ উপকরণ হয়ে উঠতে পারে। যাইহোক, আজ অবধি, এলটিওআই-এর উপর ভিত্তি করে কয়েকটি ফটোনিক ডিভাইস রিপোর্ট করা হয়েছে, যেমন মাইক্রোডিস্ক রেজোনেটর [৮] এবং ইলেক্ট্রো-অপ্টিক ফেজ শিফটার [৯]। এই কাগজে, আমরা একটি কম-ক্ষতি LToI ওয়েভগাইড এবং একটি রিং রেজোনেটরে এর প্রয়োগ উপস্থাপন করি। উপরন্তু, আমরা LToI ওয়েভগাইডের χ(3) অরৈখিক বৈশিষ্ট্য প্রদান করি।
মূল পয়েন্ট:
• 4-ইঞ্চি থেকে 6-ইঞ্চি LToI ওয়েফার, পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম ট্যান্টালেট ওয়েফার, 100 এনএম থেকে 1500 এনএম পর্যন্ত বেধের শীর্ষ স্তর সহ, গার্হস্থ্য প্রযুক্তি এবং পরিপক্ক প্রক্রিয়াগুলি ব্যবহার করে।
• SINOI: আল্ট্রা-লো লস 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 ট্যান্টালেট ওয়েফারের একটি শক্তিশালী প্রতিযোগী।
• LNOI: 8-ইঞ্চি LNOI বড় আকারের পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট পণ্যগুলির ব্যাপক উত্পাদন সমর্থন করে।
ইনসুলেটর ওয়েভগাইডে উত্পাদন:এই গবেষণায়, আমরা 4-ইঞ্চি LToI ওয়েফার ব্যবহার করেছি। শীর্ষ LT স্তরটি SAW ডিভাইসের জন্য একটি বাণিজ্যিক 42° ঘূর্ণিত Y-কাট এলটি সাবস্ট্রেট, যা একটি 3 µm পুরু তাপীয় অক্সাইড স্তর সহ একটি Si সাবস্ট্রেটের সাথে সরাসরি বন্ধন করা হয়, একটি স্মার্ট কাটিং প্রক্রিয়া নিযুক্ত করে। চিত্র 1(a) 200 nm এর শীর্ষ LT স্তর পুরুত্ব সহ LToI ওয়েফারের একটি শীর্ষ দৃশ্য দেখায়। আমরা পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপি (AFM) ব্যবহার করে শীর্ষ LT স্তরের পৃষ্ঠের রুক্ষতা মূল্যায়ন করেছি।
চিত্র 1।(a) LToI ওয়েফারের শীর্ষ দৃশ্য, (b) শীর্ষ LT স্তরের পৃষ্ঠের AFM চিত্র, (c) শীর্ষ LT স্তরের পৃষ্ঠের PFM চিত্র, (d) LToI ওয়েভগাইডের পরিকল্পিত ক্রস-সেকশন, (e) গণনা করা মৌলিক TE মোড প্রোফাইল, এবং (f) SiO2 ওভারলেয়ার জমার আগে LToI ওয়েভগাইড কোরের SEM চিত্র। চিত্র 1 (b) এ দেখানো হয়েছে, পৃষ্ঠের রুক্ষতা 1 এনএম-এর কম, এবং কোনও স্ক্র্যাচ লাইন পরিলক্ষিত হয়নি। অতিরিক্তভাবে, আমরা পিজোইলেক্ট্রিক রেসপন্স ফোর্স মাইক্রোস্কোপি (পিএফএম) ব্যবহার করে শীর্ষ এলটি স্তরের মেরুকরণ অবস্থা পরীক্ষা করেছি, যেমন চিত্র 1 (সি) এ চিত্রিত হয়েছে। আমরা নিশ্চিত করেছি যে বন্ধন প্রক্রিয়ার পরেও অভিন্ন মেরুকরণ বজায় রাখা হয়েছিল।
এই LToI সাবস্ট্রেট ব্যবহার করে, আমরা নিম্নরূপ ওয়েভগাইড তৈরি করেছি। প্রথমত, এলটি-এর পরবর্তী শুকনো এচিংয়ের জন্য একটি ধাতব মুখোশ স্তর জমা করা হয়েছিল। তারপরে, ধাতব মুখোশ স্তরের উপরে ওয়েভগাইড কোর প্যাটার্নটি সংজ্ঞায়িত করতে ইলেক্ট্রন বিম (ইবি) লিথোগ্রাফি করা হয়েছিল। এর পরে, আমরা ড্রাই এচিংয়ের মাধ্যমে ইবি প্রতিরোধের প্যাটার্নটিকে ধাতব মুখোশ স্তরে স্থানান্তরিত করেছি। পরবর্তীতে, এলটিওআই ওয়েভগাইড কোরটি ইলেক্ট্রন সাইক্লোট্রন রেজোন্যান্স (ইসিআর) প্লাজমা এচিং ব্যবহার করে গঠিত হয়েছিল। অবশেষে, ধাতব মুখোশ স্তরটি একটি ভেজা প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সরানো হয়েছিল, এবং একটি SiO2 ওভারলেয়ার প্লাজমা-বর্ধিত রাসায়নিক বাষ্প জমা ব্যবহার করে জমা করা হয়েছিল। চিত্র 1 (d) LToI ওয়েভগাইডের পরিকল্পিত ক্রস-সেকশন দেখায়। মোট কোরের উচ্চতা, প্লেটের উচ্চতা এবং কোরের প্রস্থ যথাক্রমে 200 nm, 100 nm এবং 1000 nm। উল্লেখ্য যে অপটিক্যাল ফাইবার কাপলিংয়ের জন্য ওয়েভগাইড প্রান্তে মূল প্রস্থ 3 µm পর্যন্ত প্রসারিত হয়।
চিত্র 1 (ই) 1550 nm এ মৌলিক ট্রান্সভার্স ইলেকট্রিক (TE) মোডের গণনাকৃত অপটিক্যাল তীব্রতা বিতরণ প্রদর্শন করে। চিত্র 1 (f) SiO2 ওভারলেয়ার জমা হওয়ার আগে LToI ওয়েভগাইড কোরের স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ (SEM) চিত্র দেখায়।
ওয়েভগাইড বৈশিষ্ট্য:আমরা প্রথমে 1550 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিবর্ধিত স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন উত্স থেকে বিভিন্ন দৈর্ঘ্যের LToI ওয়েভগাইডে TE-পোলারাইজড আলো ইনপুট করে রৈখিক ক্ষতির বৈশিষ্ট্যগুলি মূল্যায়ন করেছি। প্রতিটি তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ওয়েভগাইড দৈর্ঘ্য এবং সংক্রমণের মধ্যে সম্পর্কের ঢাল থেকে প্রচারের ক্ষতি প্রাপ্ত হয়েছিল। পরিমাপকৃত প্রচারের ক্ষতিগুলি ছিল 0.32, 0.28, এবং 0.26 dB/cm এ যথাক্রমে 1530, 1550, এবং 1570 nm, যেমন চিত্র 2 (a) এ দেখানো হয়েছে। বানোয়াট LToI ওয়েভগাইডগুলি অত্যাধুনিক LNoI ওয়েভগাইডের সাথে তুলনামূলক কম-ক্ষতির কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করেছে [10]।
এর পরে, আমরা একটি চার-তরঙ্গ মিশ্রণ প্রক্রিয়া দ্বারা উত্পন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য রূপান্তরের মাধ্যমে χ(3) অরৈখিকতা মূল্যায়ন করেছি। আমরা 12 মিমি লম্বা ওয়েভগাইডে 1550.0 nm-এ একটানা ওয়েভ পাম্প লাইট এবং 1550.6 nm-এ একটা সিগন্যাল লাইট ইনপুট করি। চিত্র 2 (b) এ দেখানো হয়েছে, ফেজ-কনজুগেট (আইডলার) আলোক তরঙ্গ সংকেতের তীব্রতা ইনপুট শক্তি বৃদ্ধির সাথে বৃদ্ধি পেয়েছে। চিত্র 2 (b) এর ইনসেটটি চার-তরঙ্গ মিশ্রণের সাধারণ আউটপুট বর্ণালী দেখায়। ইনপুট পাওয়ার এবং রূপান্তর দক্ষতার মধ্যে সম্পর্ক থেকে, আমরা অনুমান করেছি ননলাইনার প্যারামিটার (γ) প্রায় 11 W^-1m হতে।
চিত্র 3।(a) গড়া রিং রেজোনেটরের মাইক্রোস্কোপ চিত্র। (b) বিভিন্ন গ্যাপ প্যারামিটার সহ রিং রেজোনেটরের ট্রান্সমিশন স্পেকট্রা। (c) 1000 nm এর ব্যবধান সহ রিং রেজোনেটরের পরিমাপ করা এবং লরেন্টজিয়ান-যুক্ত ট্রান্সমিশন স্পেকট্রাম।
এরপরে, আমরা একটি LToI রিং রেজোনেটর তৈরি করেছি এবং এর বৈশিষ্ট্যগুলি মূল্যায়ন করেছি। চিত্র 3 (a) বানোয়াট রিং অনুরণনকারীর 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 এনএম বৃদ্ধিতে পরিবর্তিত হয়, বিশেষত 800, 1000 এবং 1200 এনএম। চিত্র 3 (b) প্রতিটি ফাঁকের জন্য ট্রান্সমিশন স্পেকট্রা প্রদর্শন করে, ইঙ্গিত করে যে বিলুপ্তির অনুপাত ফাঁকের আকারের সাথে পরিবর্তিত হয়। এই বর্ণালী থেকে, আমরা স্থির করেছি যে 1000 nm ব্যবধান প্রায় জটিল যুগল অবস্থা প্রদান করে, কারণ এটি সর্বোচ্চ বিলুপ্তির অনুপাত -26 dB প্রদর্শন করে।
সমালোচনামূলকভাবে সংযুক্ত অনুরণন যন্ত্র ব্যবহার করে, আমরা একটি লরেন্টজিয়ান বক্ররেখার সাথে লিনিয়ার ট্রান্সমিশন স্পেকট্রাম ফিট করে মানের ফ্যাক্টর (Q ফ্যাক্টর) অনুমান করেছি, 1.1 মিলিয়নের অভ্যন্তরীণ Q ফ্যাক্টর পেয়েছি, যেমন চিত্র 3 (c) এ দেখানো হয়েছে। আমাদের জানার জন্য, এটি একটি ওয়েভগাইড-কাপলড LToI রিং রেজোনেটরের প্রথম প্রদর্শন। উল্লেখযোগ্যভাবে, আমরা যে Q ফ্যাক্টর মান অর্জন করেছি তা ফাইবার-কাপলড LToI মাইক্রোডিস্ক রেজোনেটরগুলির তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি [9]।
উপসংহার:আমরা 1550 nm এ 0.28 dB/cm এর ক্ষতি এবং 1.1 মিলিয়নের একটি রিং রেজোনেটর Q ফ্যাক্টর সহ একটি LToI ওয়েভগাইড তৈরি করেছি৷ প্রাপ্ত কর্মক্ষমতা অত্যাধুনিক লো-লস LNoI ওয়েভগাইডের সাথে তুলনীয়। অতিরিক্তভাবে, আমরা অন-চিপ ননলাইনার অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উত্পাদিত LToI ওয়েভগাইডের χ(3) অরৈখিকতা তদন্ত করেছি।
পোস্টের সময়: নভেম্বর-20-2024