Geàrr-chunntas:Tha sinn air tonn-stiùiridh lithium tantalate stèidhichte air inslitheach 1550 nm a leasachadh le call de 0.28 dB/cm agus factar càileachd ath-shuidheachaidh fàinne de 1.1 millean. Chaidh sgrùdadh a dhèanamh air cleachdadh neo-loidhneachd χ(3) ann am fotonaig neo-loidhneach. Tha buannachdan lithium niobate air inslitheach (LNoI), a tha a’ nochdadh feartan neo-loidhneach χ(2) agus χ(3) sàr-mhath còmhla ri cuingealachadh optigeach làidir air sgàth a structar “inslitheach-air”, air leantainn gu adhartasan mòra ann an teicneòlas tonn-stiùiridh airson moduladairean ultra-luath agus fotonaig neo-loidhneach amalaichte [1-3]. A bharrachd air LN, chaidh lithium tantalate (LT) a sgrùdadh cuideachd mar stuth fotonaig neo-loidhneach. An coimeas ri LN, tha stairsneach milleadh optigeach nas àirde aig LT agus uinneag follaiseachd optigeach nas fharsainge [4, 5], ged a tha na paramadairean optigeach aige, leithid clàr-amais ath-tharraingeach agus co-èifeachdan neo-loidhneach, coltach ri feadhainn LN [6, 7]. Mar sin, tha LToI a’ seasamh a-mach mar stuth eile a tha freagarrach airson tagraidhean fotonach neo-loidhneach cumhachd optigeach àrd. A bharrachd air an sin, tha LToI a’ fàs na phrìomh stuth airson innealan sìoltachain tonn fuaimneach uachdar (SAW), a ghabhas cleachdadh ann an teicneòlasan gluasadach is gun uèir aig astar àrd. Anns a’ cho-theacsa seo, is dòcha gum bi wafers LToI nan stuthan nas cumanta airson tagraidhean fotonach. Ach, gu ruige seo, chan eil ach beagan innealan fotonach stèidhichte air LToI air an aithris, leithid ath-shuidhichearan microdisk [8] agus gluasadairean ìre electro-optigeach [9]. Anns a’ phàipear seo, tha sinn a’ taisbeanadh treòraiche tonn LToI le call ìosal agus a chleachdadh ann an ath-shuidhichear fàinne. A bharrachd air an sin, tha sinn a’ toirt seachad feartan neo-loidhneach χ(3) an treòraiche tonn LToI.
Prìomh Phuingean:
• A’ tabhann uaifearan LToI 4-òirleach gu 6-òirleach, uaifearan lithium tantalate film tana, le tiugh an t-sreath as àirde eadar 100 nm agus 1500 nm, a’ cleachdadh teicneòlas dachaigheil agus pròiseasan aibidh.
• SINOI: Uibheagan film tana silicon nitride le call fìor ìosal.
• SICOI: Fo-stratan film tana leth-inslitheach silicon carbide àrd-ghlanachd airson cuairtean amalaichte fotonach silicon carbide.
• LTOI: Farpaiseach làidir do lithium niobate, uaifearan lithium tantalate film tana.
• LNOI: LNOI 8-òirleach a’ toirt taic do chinneasachadh mòr de thoraidhean lithium niobate film tana air sgèile nas motha.
Saothrachadh air treòraichean-tonn inslitheach:Anns an sgrùdadh seo, chleachd sinn uaifearan LToI 4-òirleach. Is e fo-strat LT malairteach rothlaichte 42° le gearradh-Y airson innealan SAW a th’ anns an t-sreath LT as àirde, a tha ceangailte gu dìreach ri fo-strat Si le sreath ocsaid teirmeach 3 µm de thighead, a’ cleachdadh pròiseas gearraidh snasail. Tha Figear 1(a) a’ sealltainn sealladh àrd den uaifear LToI, le tiughas an t-sreath LT as àirde de 200 nm. Rinn sinn measadh air garbh-chruth uachdar an t-sreath LT as àirde a’ cleachdadh microsgopaidh feachd atamach (AFM).
Figear 1.(a) Sealladh àrd den uaifle LToI, (b) Ìomhaigh AFM de uachdar na prìomh shreath LT, (c) Ìomhaigh PFM de uachdar na prìomh shreath LT, (d) Earrann-tarsainn sgemataig den treòraiche tonn LToI, (e) Pròifil modh TE bunaiteach obraichte a-mach, agus (f) Ìomhaigh SEM de chridhe an treòraiche tonn LToI mus deach an sreath SiO2 a thasgadh. Mar a chithear ann am Figear 1 (b), tha garbh-chruth an uachdair nas lugha na 1 nm, agus cha deach loidhnichean sgrìobaidh sam bith fhaicinn. A bharrachd air an sin, rinn sinn sgrùdadh air staid pòlarachaidh na prìomh shreath LT a’ cleachdadh microscopaidh feachd freagairt piezoelectric (PFM), mar a chithear ann am Figear 1 (c). Dhearbh sinn gun deach pòlarachadh èideadh a chumail suas eadhon às deidh a’ phròiseas ceangail.
A’ cleachdadh an t-substrate LToI seo, rinn sinn an treòraiche-tonn mar a leanas. An toiseach, chaidh sreath masg meatailt a thasgadh airson searbhag tioram às dèidh sin den LT. An uairsin, chaidh litagrafaidheachd beam electron (EB) a dhèanamh gus pàtran cridhe an treòraiche-tonn a mhìneachadh air mullach sreath masg meatailt. An uairsin, ghluais sinn pàtran an aghaidh EB chun t-sreath masg meatailt tro shearbhag tioram. Às deidh sin, chaidh cridhe an treòraiche-tonn LToI a chruthachadh a’ cleachdadh searbhag plasma ath-shondais cyclotron electron (ECR). Mu dheireadh, chaidh an sreath masg meatailt a thoirt air falbh tro phròiseas fliuch, agus chaidh sreath thairis air SiO2 a thasgadh a’ cleachdadh tasgadh smùid ceimigeach leasaichte le plasma. Tha Figear 1 (d) a’ sealltainn an earrann-tarsainn sgemataig den treòraiche-tonn LToI. Tha àirde iomlan a’ chridhe, àirde a’ phlàta, agus leud a’ chridhe 200 nm, 100 nm, agus 1000 nm, fa leth. Thoir an aire gu bheil leud a’ chridhe a’ leudachadh gu 3 µm aig oir an treòraiche-tonn airson ceangal snàithleach optigeach.
Tha Figear 1 (e) a’ sealltainn an sgaoileadh dian optaigeach obraichte den mhodh dealain transverse bunaiteach (TE) aig 1550 nm. Tha Figear 1 (f) a’ sealltainn ìomhaigh microsgop dealanach sganaidh (SEM) de chridhe treòraiche tonn LToI mus deach an còmhdach SiO2 a thasgadh.
Feartan an treòraiche-tonn:An toiseach, rinn sinn measadh air feartan call loidhneach le bhith a’ cur solas TE-polaraichte bho thùs sgaoilidh fèin-ghluasadach le tonn-fhaid 1550 nm a-steach do threòraichean-tonn LToI de dhiofar fhaid. Fhuaireadh an call iomadachaidh bhon leathad a’ chàirdeis eadar fad an treòraiche-tonn agus an tar-chur aig gach tonn-fhaid. B’ e na call iomadachaidh a chaidh a thomhas 0.32, 0.28, agus 0.26 dB/cm aig 1530, 1550, agus 1570 nm, fa leth, mar a chithear ann am Figear 2 (a). Sheall na treòraichean-tonn LToI a chaidh a dhèanamh coileanadh call ìosal a bha co-chosmhail ri treòraichean-tonn LNoI ùr-nodha [10].
An ath rud, rinn sinn measadh air neo-loidhneachd χ(3) tron atharrachadh tonn-fhaid a chaidh a chruthachadh le pròiseas measgachadh ceithir-thonn. Chuir sinn solas pumpa tonn leantainneach aig 1550.0 nm agus solas comharra aig 1550.6 nm a-steach do threòraiche tonn 12 mm a dh'fhaid. Mar a chithear ann am Figear 2 (b), mheudaich dian comharra tonn solais ìre-co-cheangailte (dìomhain) le cumhachd cuir-a-steach a’ sìor fhàs. Tha an cuir-a-steach ann am Figear 2 (b) a’ sealltainn an speactram toraidh àbhaisteach den mheasgachadh ceithir-thonn. Bhon dàimh eadar cumhachd cuir-a-steach agus èifeachdas tionndaidh, mheas sinn am paramadair neo-loidhneach (γ) mar timcheall air 11 W^-1m.
Figear 3.(a) Ìomhaigh mhicreasgòp den ath-shuidheadair fàinne saothraichte. (b) Speactram tar-chuir an ath-shuidheadair fàinne le diofar pharaimeatairean beàrn. (c) Speactram tar-chuir tomhaiste agus freagarrach le Lorentzian den ath-shuidheadair fàinne le beàrn de 1000 nm.
An ath rud, rinn sinn ath-shondair fàinne LToI agus rinn sinn measadh air na feartan aige. Tha Figear 3 (a) a’ sealltainn ìomhaigh miocroscop optaigeach den ath-shondair fàinne a chaidh a dhèanamh. Tha rèiteachadh “rèis-rathaid” aig an ath-shondair fàinne, anns a bheil roinn lùbte le radius de 100 µm agus roinn dhìreach de 100 µm a dh'fhaid. Bidh leud a’ bheàirn eadar an fhàinne agus cridhe an treòraiche tonn bus ag atharrachadh ann an àrdachaidhean de 200 nm, gu sònraichte aig 800, 1000, agus 1200 nm. Tha Figear 3 (b) a’ sealltainn nan speactra tar-chuir airson gach beàrn, a’ nochdadh gu bheil an co-mheas cuir às ag atharrachadh le meud a’ bheàirn. Bho na speactra sin, cho-dhùin sinn gu bheil am beàrn 1000 nm a’ toirt seachad suidheachaidhean ceangail cha mhòr èiginneach, leis gu bheil e a’ taisbeanadh a’ cho-mheas cuir às as àirde de -26 dB.
A’ cleachdadh an ath-shondair ceangailte gu critigeach, rinn sinn measadh air an fhactar càileachd (factar Q) le bhith a’ freagairt air an speactram tar-chuir loidhneach le lùb Lorentzian, a’ faighinn factar Q a-staigh de 1.1 millean, mar a chithear ann am Figear 3 (c). Cho fad ’s as aithne dhuinn, is e seo a’ chiad taisbeanadh de ath-shondair fàinne LToI ceangailte ri treòraiche-tonn. Gu sònraichte, tha luach an fhactar Q a choilean sinn gu math nas àirde na luach ath-shondairean microdiosca LToI ceangailte ri snàithleach [9].
Co-dhùnadh:Leasaich sinn treòraiche-tonn LToI le call de 0.28 dB/cm aig 1550 nm agus factar Q ath-shuidheachaidh fàinne de 1.1 millean. Tha an coileanadh a fhuaireadh co-chosmhail ri coileanadh threòraichean-tonn LNoI call-ìosal aig ìre as àirde. A bharrachd air an sin, rinn sinn sgrùdadh air neo-loidhneachd χ(3) an treòraiche-tonn LToI saothraichte airson tagraidhean neo-loidhneach air-chip.
Àm puist: 20 dhen t-Samhain 2024