خلاصہ:ہم نے 0.28 dB/cm کے نقصان کے ساتھ 1550 nm انسولیٹر پر مبنی لیتھیم ٹینٹلیٹ ویو گائیڈ تیار کیا ہے اور 1.1 ملین کے ایک رِنگ ریزونیٹر کوالٹی فیکٹر ہے۔ نان لائنر فوٹوونکس میں χ(3) نان لائنیرٹی کے اطلاق کا مطالعہ کیا گیا ہے۔ انسولیٹر (LNoI) پر لیتھیم نائوبیٹ کے فوائد، جو بہترین χ(2) اور χ(3) غیر لکیری خصوصیات کی نمائش کرتا ہے اور اس کے "انسولیٹر آن" ڈھانچے کی وجہ سے مضبوط نظری قید کے ساتھ، الٹرا فاسٹ کے لیے ویو گائیڈ ٹیکنالوجی میں نمایاں پیش رفت کا باعث بنا ہے۔ ماڈیولٹرز اور مربوط نان لائنر فوٹوونکس [1-3]۔ LN کے علاوہ، لتیم ٹینٹلیٹ (LT) کی بھی ایک نان لائنر فوٹوونک مواد کے طور پر تحقیق کی گئی ہے۔ LN کے مقابلے میں، LT میں آپٹیکل ڈیمیج تھریشولڈ زیادہ ہے اور آپٹیکل ٹرانسپیرنسی ونڈو [4, 5] ہے، حالانکہ اس کے آپٹیکل پیرامیٹرز، جیسے ریفریکٹیو انڈیکس اور نان لائنر گتانک، LN [6، 7] سے ملتے جلتے ہیں۔ اس طرح، LToI اعلی آپٹیکل پاور نان لائنر فوٹوونک ایپلی کیشنز کے لیے ایک اور مضبوط امیدوار مواد کے طور پر کھڑا ہے۔ مزید برآں، ایل ٹی او آئی سرفیس ایکوسٹک ویو (SAW) فلٹر ڈیوائسز کے لیے ایک بنیادی مواد بن رہا ہے، جو تیز رفتار موبائل اور وائرلیس ٹیکنالوجیز میں لاگو ہوتا ہے۔ اس تناظر میں، LToI ویفرز فوٹوونک ایپلی کیشنز کے لیے زیادہ عام مواد بن سکتے ہیں۔ تاہم، آج تک، LToI پر مبنی صرف چند فوٹوونک آلات کی اطلاع دی گئی ہے، جیسے مائیکرو ڈسک ریزونیٹرز [8] اور الیکٹرو آپٹک فیز شفٹرز [9]۔ اس مقالے میں، ہم ایک کم نقصان والی LToI ویو گائیڈ اور اس کا اطلاق رنگ گونجنے والے میں پیش کرتے ہیں۔ مزید برآں، ہم LToI ویو گائیڈ کی χ(3) نان لائنر خصوصیات فراہم کرتے ہیں۔
اہم نکات:
• 4 انچ سے 6 انچ کے LToI ویفرز، پتلی فلم کے لیتھیم ٹینٹلیٹ ویفرز کی پیشکش، جس کی اوپری تہہ کی موٹائی 100 nm سے 1500 nm تک ہوتی ہے، گھریلو ٹیکنالوجی اور بالغ عمل کو استعمال کرتے ہوئے۔
• SINOI: انتہائی کم نقصان والے سلکان نائٹرائڈ پتلی فلم ویفرز۔
• SICOI: سلکان کاربائیڈ فوٹوونک انٹیگریٹڈ سرکٹس کے لیے اعلی طہارت نیم موصل سیلیکون کاربائیڈ پتلی فلم کے ذیلی ذخیرے۔
• LTOI: لتیم نائوبیٹ، پتلی فلم لتیم ٹینٹلیٹ ویفرز کا ایک مضبوط حریف۔
• LNOI: 8 انچ کا LNOI بڑے پیمانے پر پتلی فلم لتیم نائوبیٹ مصنوعات کی بڑے پیمانے پر پیداوار میں معاونت کرتا ہے۔
انسولیٹر ویو گائیڈز پر مینوفیکچرنگ:اس مطالعہ میں، ہم نے 4 انچ کے LToI ویفرز کا استعمال کیا۔ سب سے اوپر LT پرت SAW ڈیوائسز کے لیے کمرشل 42° گھمایا ہوا Y-cut LT سبسٹریٹ ہے، جو 3 µm موٹی تھرمل آکسائیڈ پرت کے ساتھ سی سبسٹریٹ سے براہ راست منسلک ہوتا ہے، جو ایک سمارٹ کٹنگ عمل کو استعمال کرتا ہے۔ شکل 1(a) 200 nm کی سب سے اوپر LT پرت کی موٹائی کے ساتھ LToI ویفر کا سب سے اوپر کا منظر دکھاتا ہے۔ ہم نے اٹامک فورس مائکروسکوپی (AFM) کا استعمال کرتے ہوئے اوپری LT پرت کی سطح کی کھردری کا اندازہ کیا۔
تصویر 1۔(a) LToI ویفر کا ٹاپ ویو، (b) اوپری LT پرت کی سطح کی AFM امیج، (c) ٹاپ LT پرت کی سطح کی PFM امیج، (d) LToI ویو گائیڈ کا سکیمیٹک کراس سیکشن، (e) حساب شدہ بنیادی TE موڈ پروفائل، اور (f) SiO2 اوورلیئر جمع کرنے سے پہلے LToI ویو گائیڈ کور کی SEM تصویر۔ جیسا کہ شکل 1 (b) میں دکھایا گیا ہے، سطح کی کھردری 1 nm سے کم ہے، اور کوئی سکریچ لائن نہیں دیکھی گئی۔ مزید برآں، ہم نے پیزو الیکٹرک رسپانس فورس مائیکروسکوپی (PFM) کا استعمال کرتے ہوئے اوپری LT پرت کی پولرائزیشن حالت کی جانچ کی، جیسا کہ شکل 1 (c) میں دکھایا گیا ہے۔ ہم نے تصدیق کی کہ بانڈنگ کے عمل کے بعد بھی یکساں پولرائزیشن برقرار ہے۔
اس LToI سبسٹریٹ کا استعمال کرتے ہوئے، ہم نے مندرجہ ذیل ویو گائیڈ کو گھڑا۔ سب سے پہلے، ایل ٹی کے بعد میں خشک اینچنگ کے لیے دھاتی ماسک کی پرت جمع کی گئی تھی۔ پھر، دھاتی ماسک پرت کے اوپر ویو گائیڈ کور پیٹرن کی وضاحت کرنے کے لیے الیکٹران بیم (EB) لتھوگرافی کی گئی۔ اگلا، ہم نے خشک اینچنگ کے ذریعے ای بی مزاحمتی پیٹرن کو دھاتی ماسک کی تہہ میں منتقل کیا۔ اس کے بعد، ایل ٹی او آئی ویو گائیڈ کور الیکٹران سائکلوٹرون ریزوننس (ای سی آر) پلازما ایچنگ کا استعمال کرتے ہوئے تشکیل دیا گیا۔ آخر میں، دھاتی ماسک کی پرت کو گیلے عمل کے ذریعے ہٹا دیا گیا، اور پلازما سے بہتر کیمیائی بخارات جمع کرنے کا استعمال کرتے ہوئے SiO2 اوورلیئر کو جمع کیا گیا۔ شکل 1 (d) LToI ویو گائیڈ کے اسکیمیٹک کراس سیکشن کو دکھاتا ہے۔ کل کور کی اونچائی، پلیٹ کی اونچائی، اور کور کی چوڑائی بالترتیب 200 nm، 100 nm، اور 1000 nm ہے۔ نوٹ کریں کہ آپٹیکل فائبر کپلنگ کے لیے ویو گائیڈ کنارے پر بنیادی چوڑائی 3 µm تک پھیل جاتی ہے۔
شکل 1 (e) 1550 nm پر بنیادی ٹرانسورس الیکٹرک (TE) موڈ کی حسابی نظری شدت کی تقسیم کو دکھاتا ہے۔ شکل 1 (f) SiO2 اوورلیئر کے جمع ہونے سے پہلے LToI ویو گائیڈ کور کی اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپ (SEM) امیج کو دکھاتا ہے۔
ویو گائیڈ کی خصوصیات:ہم نے سب سے پہلے 1550 nm طول موج سے TE-پولرائزڈ روشنی کو مختلف لمبائیوں کے LToI ویو گائیڈز میں خود بخود اخراج کے ذریعہ داخل کرکے لکیری نقصان کی خصوصیات کا اندازہ کیا۔ پھیلاؤ کا نقصان ہر طول موج پر ویو گائیڈ کی لمبائی اور ٹرانسمیشن کے مابین تعلقات کی ڈھلوان سے حاصل کیا گیا تھا۔ ناپے گئے پھیلاؤ کے نقصانات بالترتیب 1530، 1550، اور 1570 nm پر 0.32، 0.28، اور 0.26 dB/cm تھے، جیسا کہ شکل 2 (a) میں دکھایا گیا ہے۔ من گھڑت LToI ویو گائیڈز نے جدید ترین LNoI ویو گائیڈز [10] کے مقابلے میں کم نقصان کی کارکردگی کی نمائش کی۔
اگلا، ہم نے چار لہروں کے اختلاط کے عمل سے پیدا ہونے والی طول موج کی تبدیلی کے ذریعے χ(3) نان لائنیرٹی کا اندازہ کیا۔ ہم 1550.0 nm پر مسلسل لہر پمپ لائٹ اور 1550.6 nm پر سگنل لائٹ 12 ملی میٹر لمبی ویو گائیڈ میں ڈالتے ہیں۔ جیسا کہ شکل 2 (b) میں دکھایا گیا ہے، فیز کنجوگیٹ (آئیڈلر) لائٹ ویو سگنل کی شدت بڑھتی ہوئی ان پٹ پاور کے ساتھ بڑھ گئی۔ شکل 2 (b) میں انسیٹ چار لہروں کے اختلاط کے مخصوص آؤٹ پٹ سپیکٹرم کو ظاہر کرتا ہے۔ ان پٹ پاور اور تبادلوں کی کارکردگی کے درمیان تعلق سے، ہم نے نان لائنر پیرامیٹر (γ) تقریباً 11 W^-1m ہونے کا اندازہ لگایا۔
تصویر 3۔(a) من گھڑت رنگ گونجنے والے کی مائکروسکوپ امیج۔ (b) مختلف گیپ پیرامیٹرز کے ساتھ رِنگ ریزونیٹر کا ٹرانسمیشن سپیکٹرا۔ (c) 1000 nm کے وقفے کے ساتھ رِنگ ریزونیٹر کا ماپا اور Lorentzian سے لیس ٹرانسمیشن سپیکٹرم۔
اگلا، ہم نے LToI رنگ گونجنے والا گھڑا اور اس کی خصوصیات کا اندازہ کیا۔ شکل 3 (a) من گھڑت رنگ گونجنے والے کی آپٹیکل مائکروسکوپ امیج کو دکھاتا ہے۔ رنگ گونجنے والا ایک "ریس ٹریک" ترتیب دیتا ہے، جس میں ایک خمیدہ خطہ ہوتا ہے جس کا رداس 100 µm ہوتا ہے اور سیدھا خطہ 100 µm لمبائی میں ہوتا ہے۔ رنگ اور بس ویو گائیڈ کور کے درمیان فرق کی چوڑائی 200 nm کے اضافے میں مختلف ہوتی ہے، خاص طور پر 800، 1000، اور 1200 nm پر۔ شکل 3 (b) ہر خلا کے لیے ٹرانسمیشن سپیکٹرا دکھاتا ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ ناپید ہونے کا تناسب فرق کے سائز کے ساتھ تبدیل ہوتا ہے۔ ان سپیکٹرا سے، ہم نے طے کیا کہ 1000 nm کا فرق تقریباً نازک جوڑے کے حالات فراہم کرتا ہے، کیونکہ یہ -26 dB کے سب سے زیادہ معدومیت کا تناسب ظاہر کرتا ہے۔
تنقیدی طور پر جوڑے ہوئے ریزونیٹر کا استعمال کرتے ہوئے، ہم نے لکیری ٹرانسمیشن سپیکٹرم کو لورینٹزیان وکر کے ساتھ فٹ کر کے کوالٹی فیکٹر (Q فیکٹر) کا اندازہ لگایا، 1.1 ملین کا اندرونی Q فیکٹر حاصل کیا، جیسا کہ شکل 3 (c) میں دکھایا گیا ہے۔ ہمارے علم کے مطابق، یہ ویو گائیڈ کپلڈ LToI رِنگ ریزونیٹر کا پہلا مظاہرہ ہے۔ خاص طور پر، ہم نے جو Q فیکٹر ویلیو حاصل کی ہے وہ فائبر سے منسلک LToI مائیکرو ڈسک ریزونیٹرز [9] کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ ہے۔
نتیجہ:ہم نے 1550 nm پر 0.28 dB/cm کے نقصان کے ساتھ ایک LToI ویو گائیڈ تیار کیا اور 1.1 ملین کے ایک رِنگ ریزونیٹر Q فیکٹر۔ حاصل کردہ کارکردگی کا موازنہ جدید ترین کم نقصان والے LNoI ویو گائیڈز سے کیا جا سکتا ہے۔ مزید برآں، ہم نے آن چپ نان لائنر ایپلی کیشنز کے لیے تیار کردہ LToI ویو گائیڈ کی χ(3) نان لائنیرٹی کی چھان بین کی۔
پوسٹ ٹائم: نومبر-20-2024