សង្ខេប៖យើងបានបង្កើតរលកមគ្គុទ្ទេសក៍លីចូម tantalate ដែលមានមូលដ្ឋានលើអ៊ីសូឡង់ 1550 nm ដែលមានការខាតបង់ 0.28 dB/cm2 និងកត្តាគុណភាពរំញ័ររង្វង់ 1.1 លាន។ ការអនុវត្ត χ(3) មិនមែនលីនេអ៊ែរនៅក្នុងហ្វូតូនិកមិនមែនលីនេអ៊ែរត្រូវបានសិក្សា។ គុណសម្បត្តិនៃលីចូម niobate លើអ៊ីសូឡង់ (LNoI) ដែលបង្ហាញពីលក្ខណៈសម្បត្តិមិនមែនលីនេអ៊ែរ χ(2) និង χ(3) ដ៏ល្អឥតខ្ចោះ រួមជាមួយនឹងការរឹតបន្តឹងអុបទិកខ្លាំងដោយសារតែរចនាសម្ព័ន្ធ "អ៊ីសូឡង់-លើ" របស់វា បាននាំឱ្យមានការរីកចម្រើនគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យារលកមគ្គុទ្ទេសក៍សម្រាប់ម៉ូឌុលលឿនបំផុត និងហ្វូតូនិកមិនមែនលីនេអ៊ែររួមបញ្ចូលគ្នា [1-3]។ បន្ថែមពីលើ LN លីចូម tantalate (LT) ក៏ត្រូវបានស៊ើបអង្កេតជាសម្ភារៈហ្វូតូនិកមិនមែនលីនេអ៊ែរផងដែរ។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹង LN LT មានកម្រិតខូចខាតអុបទិកខ្ពស់ជាង និងបង្អួចតម្លាភាពអុបទិកកាន់តែទូលំទូលាយ [4, 5] ទោះបីជាប៉ារ៉ាម៉ែត្រអុបទិករបស់វា ដូចជាសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ និងមេគុណមិនមែនលីនេអ៊ែរ គឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹង LN [6, 7] ក៏ដោយ។ ដូច្នេះ LToI លេចធ្លោជាសម្ភារៈសក្តានុពលដ៏រឹងមាំមួយទៀតសម្រាប់កម្មវិធីហ្វូតូនិកមិនមែនលីនេអ៊ែរដែលមានថាមពលអុបទិកខ្ពស់។ លើសពីនេះ LToI កំពុងក្លាយជាសម្ភារៈចម្បងសម្រាប់ឧបករណ៍តម្រងរលកសូរស័ព្ទលើផ្ទៃ (SAW) ដែលអាចអនុវត្តបានក្នុងបច្ចេកវិទ្យាទូរស័ព្ទចល័ត និងឥតខ្សែល្បឿនលឿន។ នៅក្នុងបរិបទនេះ បន្ទះសៀគ្វី LToI អាចក្លាយជាសម្ភារៈទូទៅសម្រាប់កម្មវិធីហ្វូតូនិក។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រហូតមកដល់បច្ចុប្បន្ន មានតែឧបករណ៍ហ្វូតូនិកមួយចំនួនតូចប៉ុណ្ណោះដែលផ្អែកលើ LToI ត្រូវបានរាយការណ៍ ដូចជាឧបករណ៍រំញ័រមីក្រូឌីស [8] និងឧបករណ៍ប្តូរដំណាក់កាលអេឡិចត្រូអុបទិក [9]។ នៅក្នុងឯកសារនេះ យើងបង្ហាញពីមគ្គុទ្ទេសក៍រលក LToI ដែលបាត់បង់ទាប និងការអនុវត្តរបស់វានៅក្នុងឧបករណ៍រំញ័រចិញ្ចៀន។ លើសពីនេះ យើងផ្តល់នូវលក្ខណៈមិនមែនលីនេអ៊ែរ χ(3) នៃមគ្គុទ្ទេសក៍រលក LToI។
ចំណុចសំខាន់ៗ៖
• ផ្តល់ជូននូវបន្ទះសៀគ្វី LToI ទំហំ 4 អ៊ីញ ដល់ 6 អ៊ីញ បន្ទះសៀគ្វីលីចូម tantalate ស្តើង ដែលមានកម្រាស់ស្រទាប់ខាងលើចាប់ពី 100 nm ដល់ 1500 nm ដោយប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាក្នុងស្រុក និងដំណើរការចាស់ទុំ។
• SINOI៖ បន្ទះស្តើងស៊ីលីកុននីទ្រីតដែលមានការខាតបង់ទាបបំផុត។
• SICOI៖ ស្រទាប់ស្តើងស៊ីលីកុនកាបៃពាក់កណ្ដាលអ៊ីសូឡង់ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់សម្រាប់សៀគ្វីរួមបញ្ចូលហ្វូតូនិកស៊ីលីកុនកាបៃ។
• LTOI៖ ជាដៃគូប្រកួតប្រជែងដ៏ខ្លាំងក្លាមួយចំពោះលីចូម នីអូបេត ដែលជាបន្ទះលីចូម តានតាឡេត ស្តើង។
• LNOI៖ LNOI ទំហំ ៨ អ៊ីញ គាំទ្រដល់ការផលិតទ្រង់ទ្រាយធំនៃផលិតផលលីចូមនីអូបេតស្តើងទ្រង់ទ្រាយធំ។
ការផលិតលើរលកណែនាំអ៊ីសូឡង់៖នៅក្នុងការសិក្សានេះ យើងបានប្រើប្រាស់បន្ទះសៀគ្វី LToI ទំហំ ៤អ៊ីញ។ ស្រទាប់ LT ខាងលើគឺជាស្រទាប់ខាងក្រោម LT កាត់រាងអក្សរ Y ដែលបង្វិលបាន ៤២° សម្រាប់ឧបករណ៍ SAW ដែលត្រូវបានភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់ទៅនឹងស្រទាប់ខាងក្រោម Si ជាមួយនឹងស្រទាប់អុកស៊ីដកម្ដៅក្រាស់ ៣មីក្រូម៉ែត្រ ដោយប្រើប្រាស់ដំណើរការកាត់ឆ្លាតវៃ។ រូបភាពទី ១(ក) បង្ហាញទិដ្ឋភាពកំពូលនៃបន្ទះសៀគ្វី LToI ដែលមានកម្រាស់ស្រទាប់ LT ខាងលើ ២០០ nm។ យើងបានវាយតម្លៃភាពរដុបនៃផ្ទៃនៃស្រទាប់ LT ខាងលើដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍កម្លាំងអាតូម (AFM)។
រូបភាពទី 1។(ក) ទិដ្ឋភាពពីលើនៃបន្ទះ LToI, (ខ) រូបភាព AFM នៃផ្ទៃនៃស្រទាប់ LT ខាងលើ, (គ) រូបភាព PFM នៃផ្ទៃនៃស្រទាប់ LT ខាងលើ, (ឃ) ផ្នែកឆ្លងកាត់គ្រោងការណ៍នៃរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ LToI, (ង) ទម្រង់របៀប TE មូលដ្ឋានដែលបានគណនា, និង (ច) រូបភាព SEM នៃស្នូលរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ LToI មុនពេលដាក់ស្រទាប់ SiO2 ពីលើ។ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 (ខ) ភាពរដុបនៃផ្ទៃគឺតិចជាង 1 nm ហើយមិនមានបន្ទាត់កោសត្រូវបានគេសង្កេតឃើញទេ។ លើសពីនេះ យើងបានពិនិត្យមើលស្ថានភាពប៉ូលារីសាស្យុងនៃស្រទាប់ LT ខាងលើដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍កម្លាំងឆ្លើយតប piezoelectric (PFM) ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 (គ)។ យើងបានបញ្ជាក់ថាប៉ូលារីសាស្យុងឯកសណ្ឋានត្រូវបានរក្សាទុកសូម្បីតែបន្ទាប់ពីដំណើរការភ្ជាប់ក៏ដោយ។
ដោយប្រើស្រទាប់ខាងក្រោម LToI នេះ យើងបានបង្កើតរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ដូចខាងក្រោម។ ដំបូង ស្រទាប់របាំងដែកត្រូវបានដាក់សម្រាប់ការឆ្លាក់ស្ងួតជាបន្តបន្ទាប់នៃ LT។ បន្ទាប់មក ការបោះពុម្ពលីតូក្រាហ្វីធ្នឹមអេឡិចត្រុង (EB) ត្រូវបានអនុវត្តដើម្បីកំណត់លំនាំស្នូលមគ្គុទ្ទេសក៍រលកនៅពីលើស្រទាប់របាំងដែក។ បន្ទាប់មក យើងបានផ្ទេរលំនាំទប់ទល់ EB ទៅស្រទាប់របាំងដែកតាមរយៈការឆ្លាក់ស្ងួត។ បន្ទាប់មក ស្នូលមគ្គុទ្ទេសក៍រលក LToI ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយប្រើការឆ្លាក់ប្លាស្មាដោយសំឡេងអេឡិចត្រុងស៊ីក្លូត្រុង (ECR)។ ជាចុងក្រោយ ស្រទាប់របាំងដែកត្រូវបានយកចេញតាមរយៈដំណើរការសើម ហើយស្រទាប់ SiO2 ត្រូវបានដាក់ដោយប្រើការដាក់ចំហាយគីមីដែលបង្កើនប្លាស្មា។ រូបភាពទី 1 (ឃ) បង្ហាញផ្នែកឆ្លងកាត់គ្រោងការណ៍នៃរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ LToI។ កម្ពស់ស្នូលសរុប កម្ពស់បន្ទះ និងទទឹងស្នូលគឺ 200 nm, 100 nm និង 1000 nm រៀងគ្នា។ ចំណាំថាទទឹងស្នូលពង្រីកដល់ 3 µm នៅគែមមគ្គុទ្ទេសក៍រលកសម្រាប់ការភ្ជាប់សរសៃអុបទិក។
រូបភាពទី 1 (ង) បង្ហាញពីការចែកចាយអាំងតង់ស៊ីតេអុបទិកដែលបានគណនានៃរបៀបអគ្គិសនីឆ្លងកាត់ជាមូលដ្ឋាន (TE) នៅ 1550 nm។ រូបភាពទី 1 (ច) បង្ហាញរូបភាពមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កេន (SEM) នៃស្នូលរលក LToI មុនពេលការដាក់ស្រទាប់ SiO2 ពីលើ។
លក្ខណៈនៃរលកនាំផ្លូវ៖ដំបូងយើងបានវាយតម្លៃលក្ខណៈនៃការបាត់បង់លីនេអ៊ែរដោយការបញ្ចូលពន្លឺដែលមានប៉ូល TE ពីប្រភពបំភាយដោយឯកឯងដែលមានរលកប្រវែង 1550 nm ទៅក្នុងរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ LToI ដែលមានប្រវែងខុសៗគ្នា។ ការខាតបង់នៃការសាយភាយត្រូវបានទទួលពីជម្រាលនៃទំនាក់ទំនងរវាងប្រវែងរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ និងការបញ្ជូននៅរលកនីមួយៗ។ ការខាតបង់នៃការសាយភាយដែលវាស់បានគឺ 0.32, 0.28 និង 0.26 dB/cm2 នៅរលកប្រវែង 1530, 1550 និង 1570 nm រៀងៗខ្លួន ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (ក)។ រលកមគ្គុទ្ទេសក៍ LToI ដែលផលិតបានបង្ហាញពីដំណើរការខាតបង់ទាបដែលអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ LNoI ទំនើបៗ [10]។
បន្ទាប់មក យើងបានវាយតម្លៃភាពមិនមែនលីនេអ៊ែរ χ(3) តាមរយៈការបំលែងរលកដែលបង្កើតឡើងដោយដំណើរការលាយរលកបួន។ យើងបានបញ្ចូលពន្លឺស្នប់រលកបន្តនៅ 1550.0 nm និងពន្លឺសញ្ញានៅ 1550.6 nm ទៅក្នុងរលកណែនាំប្រវែង 12 mm។ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (ខ) អាំងតង់ស៊ីតេសញ្ញារលកពន្លឺដំណាក់កាលផ្សំ (idler) បានកើនឡើងជាមួយនឹងថាមពលបញ្ចូលកើនឡើង។ រូបភាពបញ្ចូលក្នុងរូបភាពទី 2 (ខ) បង្ហាញវិសាលគមទិន្នផលធម្មតានៃការលាយរលកបួន។ ពីទំនាក់ទំនងរវាងថាមពលបញ្ចូល និងប្រសិទ្ធភាពបំលែង យើងបានប៉ាន់ប្រមាណប៉ារ៉ាម៉ែត្រមិនមែនលីនេអ៊ែរ (γ) ថាមានប្រហែល 11 W^-1m។
រូបភាពទី 3 ។(ក) រូបភាពមីក្រូទស្សន៍នៃប្រដាប់បំពងសំឡេងរាងជារង្វង់ដែលផលិតឡើង។ (ខ) វិសាលគមបញ្ជូននៃប្រដាប់បំពងសំឡេងរាងជារង្វង់ដែលមានប៉ារ៉ាម៉ែត្រគម្លាតផ្សេងៗ។ (គ) វិសាលគមបញ្ជូនដែលវាស់វែង និងបំពាក់ដោយ Lorentzian នៃប្រដាប់បំពងសំឡេងរាងជារង្វង់ដែលមានគម្លាត 1000 nm។
បន្ទាប់មក យើងបានបង្កើតឧបករណ៍បំពងសំឡេងរង្វង់ LToI ហើយបានវាយតម្លៃលក្ខណៈរបស់វា។ រូបភាពទី 3 (ក) បង្ហាញរូបភាពមីក្រូទស្សន៍អុបទិកនៃឧបករណ៍បំពងសំឡេងរង្វង់ដែលផលិត។ ឧបករណ៍បំពងសំឡេងរង្វង់នេះមានការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធ "ផ្លូវប្រណាំង" ដែលមានតំបន់កោងដែលមានកាំ 100 µm និងតំបន់ត្រង់ប្រវែង 100 µm។ ទទឹងគម្លាតរវាងរង្វង់ និងស្នូលរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ឡានក្រុងប្រែប្រួលជាជំហានៗ 200 nm ជាពិសេសនៅ 800, 1000 និង 1200 nm។ រូបភាពទី 3 (ខ) បង្ហាញវិសាលគមបញ្ជូនសម្រាប់គម្លាតនីមួយៗ ដែលបង្ហាញថាសមាមាត្រផុតពូជផ្លាស់ប្តូរទៅតាមទំហំគម្លាត។ ពីវិសាលគមទាំងនេះ យើងបានកំណត់ថាគម្លាត 1000 nm ផ្តល់នូវលក្ខខណ្ឌភ្ជាប់ដ៏សំខាន់បំផុត ព្រោះវាបង្ហាញពីសមាមាត្រផុតពូជខ្ពស់បំផុត -26 dB។
ដោយប្រើឧបករណ៍រំញ័រដែលភ្ជាប់គ្នាយ៉ាងសំខាន់ យើងបានប៉ាន់ប្រមាណកត្តាគុណភាព (កត្តា Q) ដោយតម្រឹមវិសាលគមបញ្ជូនលីនេអ៊ែរជាមួយខ្សែកោង Lorentzian ដោយទទួលបានកត្តា Q ខាងក្នុងចំនួន 1.1 លាន ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3 (គ)។ តាមដែលយើងដឹង នេះគឺជាការបង្ហាញលើកដំបូងនៃឧបករណ៍រំញ័ររាងជារង្វង់ LToI ដែលភ្ជាប់ជាមួយ waveguide។ ជាពិសេស តម្លៃកត្តា Q ដែលយើងសម្រេចបានគឺខ្ពស់ជាងឧបករណ៍រំញ័រ microdisk LToI ដែលភ្ជាប់ជាមួយសរសៃ [9]។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន៖យើងបានបង្កើតរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ LToI ដែលមានការខាតបង់ 0.28 dB/cm2 នៅ 1550 nm និងកត្តា Q នៃឧបករណ៍រំញ័ររង្វង់ 1.1 លាន។ ដំណើរការដែលទទួលបានគឺអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ LNoI ដែលមានការខាតបង់ទាបទំនើប។ លើសពីនេះ យើងបានស៊ើបអង្កេតភាពមិនមែនលីនេអ៊ែរ χ(3) នៃរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ LToI ដែលផលិតសម្រាប់កម្មវិធីមិនមែនលីនេអ៊ែរនៅលើបន្ទះឈីប។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ២០ ខែវិច្ឆិកា ឆ្នាំ ២០២៤