អរូបី៖យើងបានបង្កើតឧបករណ៍រលកសញ្ញា lithium tantalate ដែលមានមូលដ្ឋានលើអ៊ីសូឡង់ 1550 nm ជាមួយនឹងការបាត់បង់ 0.28 dB/cm និងកត្តាគុណភាពនៃ ring resonator 1.1 លាន។ កម្មវិធីនៃ χ(3) nonlinearity នៅក្នុង photonics nonlinear ត្រូវបានសិក្សា។ គុណសម្បត្តិនៃលីចូម niobate លើអ៊ីសូឡង់ (LNoI) ដែលបង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិ χ(2) និង χ(3) ដ៏ល្អឥតខ្ចោះ រួមជាមួយនឹងការបង្ខាំងអុបទិកខ្លាំង ដោយសារតែរចនាសម្ព័ន្ធ "នៅលើអ៊ីសូឡង់" របស់វា បាននាំឱ្យមានការជឿនលឿនយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យា waveguide សម្រាប់ ultrafast ។ Modulators និង photonics nonlinear រួមបញ្ចូលគ្នា [1-3] ។ បន្ថែមពីលើ LN, lithium tantalate (LT) ក៏ត្រូវបានស៊ើបអង្កេតជាសម្ភារៈ photonic nonlinear ផងដែរ។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹង LN, LT មានកម្រិតខូចខាតអុបទិកខ្ពស់ជាង និងបង្អួចតម្លាភាពអុបទិកកាន់តែទូលំទូលាយ [4, 5] ទោះបីជាប៉ារ៉ាម៉ែត្រអុបទិករបស់វា ដូចជាសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ និងមេគុណមិនលីនេអ៊ែរ ស្រដៀងទៅនឹង LN [6, 7] ក៏ដោយ។ ដូច្នេះ LToI លេចធ្លោជាសម្ភារៈបេក្ខជនដ៏រឹងមាំមួយផ្សេងទៀតសម្រាប់កម្មវិធី photonic nonlinear ដែលមានថាមពលអុបទិកខ្ពស់។ លើសពីនេះទៅទៀត LToI កំពុងក្លាយជាសម្ភារៈចម្បងសម្រាប់ឧបករណ៍តម្រងរលកសូរស័ព្ទផ្ទៃ (SAW) ដែលអាចអនុវត្តបានក្នុងបច្ចេកវិទ្យាចល័ត និងឥតខ្សែដែលមានល្បឿនលឿន។ នៅក្នុងបរិបទនេះ LToI wafers អាចក្លាយជាវត្ថុធាតុដើមទូទៅសម្រាប់កម្មវិធី photonic ។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រហូតមកដល់បច្ចុប្បន្ននេះ មានតែឧបករណ៍ photonic មួយចំនួនដែលមានមូលដ្ឋានលើ LToI ប៉ុណ្ណោះដែលត្រូវបានរាយការណ៍ ដូចជា microdisk resonators [8] និង electro-optic phase shifters [9]។ នៅក្នុងក្រដាសនេះ យើងបង្ហាញនូវមគ្គុទ្ទេសក៍រលក LToI ដែលបាត់បង់ទាប និងកម្មវិធីរបស់វានៅក្នុងឧបករណ៍បំពងសំឡេងរោទ៍។ លើសពីនេះ យើងផ្តល់លក្ខណៈមិនលីនេអ៊ែរ χ(3) នៃការណែនាំរលក LToI ។
ចំណុចសំខាន់ៗ៖
• ផ្តល់ជូននូវ wafers LToI ទំហំ 4-inch ទៅ 6-inch, thin-film lithium tantalate wafers ជាមួយនឹងកម្រាស់ស្រទាប់ខាងលើចាប់ពី 100 nm ដល់ 1500 nm ដោយប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាក្នុងស្រុក និងដំណើរការចាស់ទុំ។
• SINOI៖ ក្រដាស់ស្តើង ស៊ីលីកុន នីត្រាត ដែលបាត់បង់តិចបំផុត។
• SICOI៖ ស្រទាប់ខាងក្រោមហ្វីលស្តើងស៊ីលីកុន កាប៊ីដ ពាក់កណ្តាលអ៊ីសូឡង់ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់សម្រាប់សៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នា ស៊ីលីកុន កាប៊ីត ហ្វូតូនិច។
• LTOI៖ ជាដៃគូប្រកួតប្រជែងដ៏ខ្លាំងមួយចំពោះលីចូម niobate ដែលជាប្រភេទម្សៅលីចូម តង់តាឡេត wafers ស្តើង។
• LNOI: LNOI ទំហំ 8 អ៊ីង គាំទ្រដល់ការផលិតទ្រង់ទ្រាយធំនៃផលិតផលលីចូម niobate ខ្សែភាពយន្តស្តើង។
ការផលិតនៅលើ Insulator Waveguides:នៅក្នុងការសិក្សានេះ យើងបានប្រើប្រាស់ wafers LToI ទំហំ 4 អ៊ីញ។ ស្រទាប់ LT កំពូលគឺជាស្រទាប់ខាងក្រោម Y-cut LT បង្វិល 42° សម្រាប់ឧបករណ៍ SAW ដែលត្រូវបានភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់ទៅនឹងស្រទាប់ខាងក្រោម Si ជាមួយនឹងស្រទាប់អុកស៊ីដកម្ដៅក្រាស់ 3 µm ដោយប្រើប្រាស់ដំណើរការកាត់ដ៏ឆ្លាតវៃ។ រូបភាពទី 1(a) បង្ហាញពីទិដ្ឋភាពកំពូលនៃ LToI wafer ដែលមានកម្រាស់ស្រទាប់ LT កំពូល 200 nm ។ យើងបានវាយតម្លៃភាពរដុបលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ LT កំពូលដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍កម្លាំងអាតូមិក (AFM)។
រូបភាពទី 1 ។(a) ទិដ្ឋភាពកំពូលនៃ LToI wafer, (b) រូបភាព AFM នៃផ្ទៃនៃស្រទាប់ LT កំពូល (គ) រូបភាព PFM នៃផ្ទៃនៃស្រទាប់ LT ខាងលើ (d) ផ្នែកឆ្លងកាត់តាមគ្រោងការណ៍នៃ LToI waveguide, (e) គណនាទម្រង់ទម្រង់ TE ជាមូលដ្ឋាន និង (f) រូបភាព SEM នៃស្នូលរលកសញ្ញា LToI មុនពេលការដាក់ស្រទាប់លើ SiO2 ។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 (b) ភាពរដុបនៃផ្ទៃគឺតិចជាង 1 nm ហើយគ្មានបន្ទាត់កោសត្រូវបានគេសង្កេតឃើញទេ។ លើសពីនេះទៀត យើងបានពិនិត្យស្ថានភាពប៉ូលនៃស្រទាប់ LT កំពូលដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍កម្លាំងឆ្លើយតប piezoelectric (PFM) ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 (គ)។ យើងបានបញ្ជាក់ថាការកាត់រាងប៉ូលឯកសណ្ឋានត្រូវបានរក្សាបានសូម្បីតែបន្ទាប់ពីដំណើរការនៃការផ្សារភ្ជាប់។
ដោយប្រើស្រទាប់ខាងក្រោម LToI នេះ យើងបានប្រឌិត waveguide ដូចខាងក្រោម។ ជាដំបូង ស្រទាប់របាំងដែកមួយត្រូវបានដាក់សម្រាប់ការ etching ស្ងួតជាបន្តបន្ទាប់នៃ LT ។ បន្ទាប់មក ធ្នឹមអេឡិចត្រុង (EB) lithography ត្រូវបានអនុវត្តដើម្បីកំណត់លំនាំស្នូលរលកនៅលើកំពូលនៃស្រទាប់របាំងដែក។ បន្ទាប់មកទៀត យើងបានផ្ទេរលំនាំទប់ទល់ EB ទៅស្រទាប់របាំងដែកតាមរយៈការ etching ស្ងួត។ ក្រោយមកទៀត ស្នូលរលក LToI ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយប្រើការឆ្លាក់ប្លាស្មាអេឡិចត្រុង cyclotron resonance (ECR) ។ ទីបំផុត ស្រទាប់របាំងដែកត្រូវបានយកចេញតាមរយៈដំណើរការសើម ហើយស្រទាប់ការពារ SiO2 ត្រូវបានដាក់ដោយប្រើការបំភាយចំហាយគីមីដែលបង្កើនប្លាស្មា។ រូបភាពទី 1 (ឃ) បង្ហាញពីផ្នែកឆ្លងកាត់តាមគ្រោងការណ៍នៃការណែនាំរលក LToI ។ កម្ពស់ស្នូលសរុប កម្ពស់ចាន និងទទឹងស្នូលគឺ 200 nm, 100 nm, និង 1000 nm រៀងគ្នា។ ចំណាំថាទទឹងស្នូលពង្រីកដល់ 3 µm នៅគែមរលកសម្រាប់ការភ្ជាប់សរសៃអុបទិក។
រូបភាពទី 1 (e) បង្ហាញការចែកចាយអាំងតង់ស៊ីតេអុបទិកដែលបានគណនានៃរបៀបអគ្គិសនីឆ្លងកាត់មូលដ្ឋាន (TE) នៅ 1550 nm ។ រូបភាពទី 1 (f) បង្ហាញរូបភាពមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កែន (SEM) នៃស្នូលរលកសញ្ញា LToI មុនពេលការទម្លាក់ស្រទាប់លើ SiO2 ។
លក្ខណៈពិសេសរបស់ Wave Guide:ដំបូងយើងបានវាយតម្លៃលក្ខណៈនៃការបាត់បង់លីនេអ៊ែរដោយបញ្ចូល TE-polarized ពន្លឺពីប្រភពបំភាយដោយឯកឯងនៃប្រវែងរលក 1550 nm ចូលទៅក្នុងរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ LToI ដែលមានប្រវែងខុសៗគ្នា។ ការបាត់បង់ការឃោសនាត្រូវបានទទួលពីជម្រាលនៃទំនាក់ទំនងរវាងប្រវែងរលក និងការបញ្ជូននៅចម្ងាយរលកនីមួយៗ។ ការបាត់បង់ការសាយភាយដែលបានវាស់វែងគឺ 0.32, 0.28 និង 0.26 dB/cm នៅ 1530, 1550 និង 1570 nm រៀងគ្នា ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (a)។ មគ្គុទ្ទេសក៍រលក LToI ដែលប្រឌិតបានបង្ហាញពីការអនុវត្តការខាតបង់ទាបដែលអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងរលកមគ្គុទ្ទេសក៍រលក LNoI ទំនើបបំផុត [10] ។
បន្ទាប់មក យើងបានវាយតម្លៃភាពមិនលីនេអ៊ែរ χ(3) តាមរយៈការបំប្លែងរលកពន្លឺដែលបង្កើតឡើងដោយដំណើរការលាយរលកបួន។ យើងបញ្ចូលពន្លឺបូមរលកបន្តនៅ 1550.0 nm និងពន្លឺសញ្ញានៅ 1550.6 nm ទៅក្នុងឧបករណ៍រលកប្រវែង 12 ម។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (b) អាំងតង់ស៊ីតេនៃរលកសញ្ញាពន្លឺដំណាក់កាល conjugate (idler) បានកើនឡើងជាមួយនឹងការកើនឡើងថាមពលបញ្ចូល។ ការបញ្ចូលក្នុងរូបភាពទី 2 (ខ) បង្ហាញពីវិសាលគមទិន្នផលធម្មតានៃការលាយរលកបួន។ ពីទំនាក់ទំនងរវាងថាមពលបញ្ចូល និងប្រសិទ្ធភាពនៃការបំប្លែង យើងបានប៉ាន់ប្រមាណប៉ារ៉ាម៉ែត្រ nonlinear (γ) ប្រហែល 11 W^-1m ។
រូបភាពទី 3 ។(ក) រូបភាពមីក្រូទស្សន៍របស់ឧបករណ៍បំពងសំឡេងរោទិ៍ដែលប្រឌិត។ (b) ការបញ្ជូនវិសាលគមនៃ resonator ring ជាមួយនឹងប៉ារ៉ាម៉ែត្រគម្លាតផ្សេងៗ។ (គ) វិសាលគមបញ្ជូនដែលបំពាក់ដោយ Lorentzian ដែលត្រូវបានវាស់ និងបំពាក់ដោយ Lorentzian resonator ដែលមានគម្លាត 1000 nm ។
បន្ទាប់មក យើងបានប្រឌិតឧបករណ៍បញ្ចេញសំឡេងរោទ៍ LToI ហើយវាយតម្លៃលក្ខណៈរបស់វា។ រូបភាពទី 3 (ក) បង្ហាញរូបភាពមីក្រូទស្សន៍អុបទិករបស់ឧបករណ៍បំពងសំឡេងរោទិ៍ដែលប្រឌិត។ ឧបករណ៍បំពងសំឡេងរោទិ៍មានលក្ខណៈពិសេសនៃការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធ "ផ្លូវប្រណាំង" ដែលមានតំបន់កោងដែលមានកាំ 100 µm និងតំបន់ត្រង់ប្រវែង 100 µm ។ ទទឹងគម្លាតរវាងក្រវ៉ាត់និងស្នូលរលកមគ្គុទ្ទេសក៍ឡានក្រុងប្រែប្រួលក្នុងការកើនឡើង 200 nm ជាពិសេសនៅ 800, 1000 និង 1200 nm ។ រូបភាពទី 3 (ខ) បង្ហាញវិសាលគមបញ្ជូនសម្រាប់គម្លាតនីមួយៗ ដែលបង្ហាញថាសមាមាត្រផុតពូជប្រែប្រួលជាមួយនឹងទំហំគម្លាត។ ពីវិសាលគមទាំងនេះ យើងបានកំណត់ថា គម្លាត 1000 nm ផ្តល់នូវលក្ខខណ្ឌនៃការភ្ជាប់យ៉ាងសំខាន់ ព្រោះវាបង្ហាញសមាមាត្រការផុតពូជខ្ពស់បំផុតនៃ -26 dB ។
ដោយប្រើ resonator រួមបញ្ចូលគ្នាយ៉ាងសំខាន់ យើងបានប៉ាន់ប្រមាណកត្តាគុណភាព (Q factor) ដោយបំពាក់វិសាលគមបញ្ជូនលីនេអ៊ែរជាមួយនឹងខ្សែកោង Lorentzian ដោយទទួលបានកត្តា Q ខាងក្នុងចំនួន 1.1 លាន ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3 (គ)។ តាមចំនេះដឹងរបស់យើង នេះគឺជាការបង្ហាញដំបូងនៃឧបករណ៍បញ្ជូនសំឡេងរោទ៍ LToI ដែលភ្ជាប់ជាមួយរលកសញ្ញា។ គួរកត់សម្គាល់ថាតម្លៃកត្តា Q ដែលយើងសម្រេចបានគឺខ្ពស់ជាងគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃអាំងវឺតទ័រ LToI microdisk ដែលភ្ជាប់ជាមួយសរសៃ [9] ។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន៖យើងបានបង្កើតមគ្គុទ្ទេសក៍រលក LToI ជាមួយនឹងការបាត់បង់ 0.28 dB/cm នៅ 1550 nm និង ring resonator Q factor ចំនួន 1.1 លាន។ ការសម្តែងដែលទទួលបានគឺអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងរលកនៃ LNoI ដែលបាត់បង់កម្រិតទាបដែលទំនើបបំផុត។ លើសពីនេះ យើងបានស៊ើបអង្កេតលើ χ(3) nonlinearity នៃ waveguide LToI ដែលផលិតសម្រាប់កម្មវិធី nonlinear នៅលើបន្ទះឈីប។
ពេលវេលាផ្សាយ៖ ២០-វិច្ឆិកា-២០២៤