ئابستراكت:بىز 1550 نانومېتىرلىق ئىزولياتور ئاساسلىق لىتىي تانتالات دولقۇن يېتەكلىگۈچنى تەرەققىي قىلدۇردۇق، ئۇنىڭ زىيىنى 0.28 dB/cm2 ۋە ھالقىسىمان رېزوناتورنىڭ سۈپەت كوئېففىتسېنتى 1.1 مىليون. χ(3) سىزىقسىزلىقىنى سىزىقسىز فوتونىكىغا قوللىنىش تەتقىق قىلىندى. لىتىي نىئوباتنىڭ ئىزولياتوردىكى (LNoI) ئەۋزەللىكى، ئۇنىڭ «ئىزولياتور ئۈستىدىكى» قۇرۇلمىسى سەۋەبىدىن كۈچلۈك ئوپتىكىلىق چەكلىمىگە ئىگە بولۇپ، χ(2) ۋە χ(3) سىزىقسىز خۇسۇسىيەتلىرىنى نامايان قىلىدۇ، بۇ ئىنتايىن تېز سۈرئەتلىك مودۇلياتورلار ۋە بىرلەشتۈرۈلگەن سىزىقسىز فوتونىكلارنىڭ دولقۇن يېتەكلىگۈچ تېخنىكىسىدا زور ئىلگىرىلەشلەرنى ئېلىپ كەلدى [1-3]. LN دىن باشقا، لىتىي تانتالات (LT) مۇ سىزىقسىز فوتونىك ماتېرىيال سۈپىتىدە تەكشۈرۈلدى. LN غا سېلىشتۇرغاندا، LT نىڭ ئوپتىكىلىق زىيان چېكى يۇقىرى ۋە ئوپتىكىلىق شەفافلىق دېرىزىسى كەڭ [4، 5]، گەرچە ئۇنىڭ سىنىش كۆرسەتكۈچى ۋە سىزىقسىز كوئېففىتسېنت قاتارلىق ئوپتىكىلىق پارامېتىرلىرى LN نىڭكىگە ئوخشايدۇ [6، 7]. شۇڭا، LToI يۇقىرى ئوپتىكىلىق قۇۋۋەتلىك سىزىقسىز فوتون قوللىنىشچان پروگراممىلىرى ئۈچۈن يەنە بىر كۈچلۈك كاندىدات ماتېرىيال سۈپىتىدە كۆزگە چېلىقىدۇ. ئۇنىڭدىن باشقا، LToI يۇقىرى سۈرئەتلىك كۆچمە ۋە سىمسىز تېخنىكىلاردا قوللىنىلىدىغان يۈزەكى ئاۋاز دولقۇنى (SAW) سۈزگۈچ ئۈسكۈنىلىرىنىڭ ئاساسلىق ماتېرىيالىغا ئايلىنىۋاتىدۇ. بۇ جەھەتتە، LToI لېنتىلىرى فوتون قوللىنىشچان پروگراممىلىرى ئۈچۈن تېخىمۇ كۆپ ئىشلىتىلىدىغان ماتېرىيالغا ئايلىنىشى مۇمكىن. قانداقلا بولمىسۇن، بۈگۈنگە قەدەر، پەقەت LToI غا ئاساسلانغان بىر قانچە فوتون ئۈسكۈنىلىرى دوكلات قىلىندى، مەسىلەن مىكرودىسك رېزوناتورلىرى [8] ۋە ئېلېكترو-ئوپتىكىلىق باسقۇچ ئالماشتۇرغۇچلىرى [9]. بۇ ماقالىدە، بىز تۆۋەن زىيانلىق LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچ ۋە ئۇنىڭ ھالقىسىمان رېزوناتوردا قوللىنىلىشىنى تونۇشتۇرىمىز. بۇنىڭدىن باشقا، بىز LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچنىڭ χ(3) سىزىقسىز خۇسۇسىيەتلىرىنى تەمىنلەيمىز.
مۇھىم نۇقتىلار:
• يەرلىك تېخنىكا ۋە پىشقان جەريانلاردىن پايدىلىنىپ، ئۈستۈنكى قەۋىتىنىڭ قېلىنلىقى 100 نانومېتىردىن 1500 نانومېتىرغىچە بولغان 4 دىيۇملۇقتىن 6 دىيۇملۇققىچە بولغان LToI ۋافلىلىرى، نېپىز پەردە لىتىي تانتالات ۋافلىلىرى بىلەن تەمىنلەيدۇ.
• SINOI: ئىنتايىن تۆۋەن زىيانلىق كرېمنىي نىترىد نېپىز پەردە لېنتىلىرى.
• SICOI: كرېمنىي كاربىد فوتونلۇق ئىنتېگرال توك يولى ئۈچۈن يۇقىرى ساپلىقتىكى يېرىم ئىزولياتسىيەلىك كرېمنىي كاربىد نېپىز پەردە ئاساسى.
• LTOI: لىتىي نىئوبات، نېپىز پەردە لىتىي تانتالات ۋافلىلىرىنىڭ كۈچلۈك رىقابەتچىسى.
• LNOI: 8 دىيۇملۇق LNOI چوڭ تىپتىكى نېپىز پەردە لىتىي نىئوبات مەھسۇلاتلىرىنى كۆپ مىقداردا ئىشلەپچىقىرىشنى قوللايدۇ.
ئىزولياتور دولقۇن يېتەكلىگۈچلىرىنى ئىشلەپچىقىرىش:بۇ تەتقىقاتتا، بىز 4 دىيۇملۇق LToI لېنتىلىرىنى ئىشلەتتۇق. ئۈستۈنكى LT قەۋىتى SAW ئۈسكۈنىلىرى ئۈچۈن 42 گرادۇسلۇق ئايلىنىدىغان Y شەكىللىك LT ئاساسى بولۇپ، ئۇ بىۋاسىتە Si ئاساسىغا 3 µm قېلىنلىقتىكى ئىسسىقلىق ئوكسىد قەۋىتى بىلەن چاپلىنىدۇ، بۇ ئارقىلىق ئەقىللىق كېسىش ئۇسۇلى قوللىنىلىدۇ. 1(a)-رەسىمدە ئۈستۈنكى LT قەۋىتىنىڭ قېلىنلىقى 200 نانومېتىر كېلىدىغان LToI لېنتىنىڭ ئۈستۈنكى كۆرۈنۈشى كۆرسىتىلگەن. بىز ئاتوم كۈچ مىكروسكوپى (AFM) ئارقىلىق ئۈستۈنكى LT قەۋىتىنىڭ يۈزىنىڭ پۇچۇقلۇقىنى باھالىدۇق.
1-رەسىم.(a) LToI لېفتىسىنىڭ ئۈستى كۆرۈنۈشى، (b) ئۈستۈنكى LT قەۋىتىنىڭ يۈزىنىڭ AFM رەسىمى، (c) ئۈستۈنكى LT قەۋىتىنىڭ يۈزىنىڭ PFM رەسىمى، (d) LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچنىڭ سىخېماتىك كېسىشمە يۈزى، (e) ھېسابلانغان ئاساسىي TE ھالىتى پىروفىلى، ۋە (f) SiO2 ئۈستۈنكى قەۋىتىنىڭ چۆكمىسىدىن بۇرۇنقى LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچ يادروسىنىڭ SEM رەسىمى. 1-رەسىمنىڭ (b) قىسمىدا كۆرسىتىلگەندەك، يۈزەكى پۇراقلىق 1 nm دىن تۆۋەن، ھەمدە تىرناق سىزىقلىرى كۆرۈلمىدى. بۇنىڭدىن باشقا، بىز 1-رەسىمنىڭ (c) قىسمىدا كۆرسىتىلگەندەك، ئۈستۈنكى LT قەۋىتىنىڭ قۇتۇپلىشىش ھالىتىنى پىئېزوئېلېكتر ئىنكاس كۈچى مىكروسكوپى (PFM) ئارقىلىق تەكشۈردۇق. بىز باغلىنىش جەريانىدىن كېيىنمۇ بىردەك قۇتۇپلىشىشنىڭ ساقلانغانلىقىنى جەزملەشتۈردۇق.
بۇ LToI ئاساسىنى ئىشلىتىپ، بىز دولقۇن يېتەكلىگۈچىنى تۆۋەندىكىدەك ياسىدۇق. ئالدى بىلەن، LT نى قۇرۇق ئويۇش ئۈچۈن مېتال ماسكا قەۋىتى قويۇلدى. ئاندىن، مېتال ماسكا قەۋىتىنىڭ ئۈستىدىكى دولقۇن يېتەكلىگۈچى يادرو ئەندىزىسىنى بەلگىلەش ئۈچۈن ئېلېكترون نۇرى (EB) لىتوگرافىيەسى ئېلىپ بېرىلدى. ئاندىن، قۇرۇق ئويۇش ئارقىلىق EB قارشىلىق ئەندىزىسىنى مېتال ماسكا قەۋىتىگە يۆتكىدۇق. ئۇنىڭدىن كېيىن، ئېلېكترون سىكلوترون رېزونانس (ECR) پلازما ئويۇش ئۇسۇلى ئارقىلىق LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچى يادروسى شەكىللەندى. ئاخىرىدا، مېتال ماسكا قەۋىتى ھۆل جەريان ئارقىلىق چىقىرىۋېتىلدى، ھەمدە پلازما كۈچەيتىلگەن خىمىيىلىك پار چۆكمىسى ئارقىلىق SiO2 ئۈستى قەۋىتى قويۇلدى. 1-رەسىم (d) LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچىنىڭ سىخېماتىك كېسىشمىسىنى كۆرسىتىدۇ. يادرونىڭ ئومۇمىي ئېگىزلىكى، تاختا ئېگىزلىكى ۋە يادرو كەڭلىكى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 200 nm، 100 nm ۋە 1000 nm. ئوپتىك تالا ئۇلىنىش ئۈچۈن يادرو كەڭلىكى دولقۇن يېتەكلىگۈچىنىڭ گىرۋىكىدە 3 µm غىچە كېڭىيىدىغانلىقىغا دىققەت قىلىڭ.
1-رەسىم (e) دە 1550 نانومېتىرلىق ئاساسىي كۆندۈلمە ئېلېكتر (TE) ھالىتىنىڭ ھېسابلىغان ئوپتىكىلىق كۈچلۈكلۈك تەقسىملىنىشى كۆرسىتىلدى. 1-رەسىم (f) دە SiO2 ئۈستى قەۋىتىنى قويۇشتىن بۇرۇنقى LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچ يادروسىنىڭ سىكانىرلاش ئېلېكترون مىكروسكوپى (SEM) سۈرىتى كۆرسىتىلدى.
دولقۇن يېتەكلىگۈچنىڭ ئالاھىدىلىكلىرى:بىز ئالدى بىلەن 1550 نانومېتىر دولقۇن ئۇزۇنلۇقى كۈچەيتىلگەن ئۆزلۈكىدىن پەيدا بولغان نۇر مەنبەسىدىن TE قۇتۇپلۇق نۇرنى ئوخشىمىغان ئۇزۇنلۇقتىكى LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچلىرىگە كىرگۈزۈش ئارقىلىق سىزىقلىق يوقىتىش خاراكتېرىنى باھالىدۇق. تارقىلىش يوقىتىشى ھەر بىر دولقۇن ئۇزۇنلۇقىدىكى دولقۇن يېتەكلىگۈچ ئۇزۇنلۇقى بىلەن يەتكۈزۈش ئوتتۇرىسىدىكى مۇناسىۋەتنىڭ قىيپاشلىقىدىن ئېلىندى. 2-رەسىمنىڭ (a) قىسمىدا كۆرسىتىلگەندەك، ئۆلچەنگەن تارقىلىش يوقىتىشى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 1530، 1550 ۋە 1570 نانومېتىردا 0.32، 0.28 ۋە 0.26 dB/cm2 بولدى. ياسالغان LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچلىرى ئەڭ ئىلغار LNoI دولقۇن يېتەكلىگۈچلىرى بىلەن سېلىشتۇرغىلى بولىدىغان تۆۋەن يوقىتىش ئىقتىدارىنى كۆرسەتتى [10].
ئاندىن، بىز تۆت دولقۇن ئارىلاشتۇرۇش جەريانى ئارقىلىق ھاسىل قىلىنغان دولقۇن ئۇزۇنلۇقىنى ئۆزگەرتىش ئارقىلىق χ(3) سىزىقسىزلىقىنى باھالىدۇق. بىز 12 مىللىمېتىر ئۇزۇنلۇقتىكى دولقۇن يېتەكلىگۈچكە 1550.0 nm لىق ئۈزلۈكسىز دولقۇن پومپىسى چىرىغى ۋە 1550.6 nm لىق سىگنال چىرىغى كىرگۈزدۇق. 2-رەسىمنىڭ (b) قىسمىدا كۆرسىتىلگەندەك، كىرىش قۇۋۋىتىنىڭ ئېشىشىغا ئەگىشىپ، باسقۇچلۇق بىرىكمە (بوشلۇق) نۇر دولقۇن سىگنالىنىڭ كۈچلۈكلۈكى ئاشتى. 2-رەسىمنىڭ (b) قىسمىدىكى قىستۇرما تۆت دولقۇن ئارىلاشتۇرۇشنىڭ تىپىك چىقىش سپېكتىرىنى كۆرسىتىدۇ. كىرىش قۇۋۋىتى بىلەن ئۆزگەرتىش ئۈنۈمى ئوتتۇرىسىدىكى مۇناسىۋەتتىن، بىز سىزىقسىز پارامېتىر (γ) نىڭ تەخمىنەن 11 W^-1m ئىكەنلىكىنى مۆلچەرلىدۇق.
3-رەسىم.(a) ياسالغان ئۈزۈك رېزوناتورنىڭ مىكروسكوپ سۈرىتى. (b) ھەر خىل بوشلۇق پارامېتىرلىرى بار ئۈزۈك رېزوناتورنىڭ ئۆتكۈزۈش سپېكتىرى. (c) 1000 نانومېتىر بوشلۇققا ئىگە ئۈزۈك رېزوناتورنىڭ ئۆلچەنگەن ۋە لورېنتزىئان ئورنىتىلغان ئۆتكۈزۈش سپېكتىرى.
ئاندىن، بىز LToI ھالقىسىمان رېزوناتورنى ياساپ چىقتۇق ۋە ئۇنىڭ ئالاھىدىلىكلىرىنى باھالىدۇق. 3-رەسىمنىڭ (a) قىسمىدا ياسالغان ھالقىسىمان رېزوناتورنىڭ ئوپتىكىلىق مىكروسكوپ سۈرىتى كۆرسىتىلدى. ھالقىسىمان رېزوناتور «مۇسابىقە يولى» شەكلىدە بولۇپ، رادىئۇسى 100 µm ۋە ئۇزۇنلۇقى 100 µm بولغان تۈز رايوندىن تەركىب تاپقان. ھالقىسىمان بىلەن ئاپتوبۇس دولقۇن يېتەكلىگۈچ يادروسى ئوتتۇرىسىدىكى بوشلۇقنىڭ كەڭلىكى 200 nm ئارىلىقىدا ئۆزگىرىدۇ، بولۇپمۇ 800، 1000 ۋە 1200 nm ئارىلىقىدا. 3-رەسىمنىڭ (b) قىسمىدا ھەر بىر بوشلۇقنىڭ يەتكۈزۈش سپېكتىرى كۆرسىتىلدى، بۇ ئۆچۈش نىسبىتىنىڭ بوشلۇقنىڭ چوڭ-كىچىكلىكىگە ئەگىشىپ ئۆزگىرىدىغانلىقىنى كۆرسىتىدۇ. بۇ سپېكتىرلاردىن، بىز 1000 nm بوشلۇقنىڭ -26 dB ئەڭ يۇقىرى ئۆچۈش نىسبىتىنى كۆرسىتىدىغانلىقى ئۈچۈن، دېگۈدەك مۇھىم باغلىنىش شارائىتىنى تەمىنلەيدىغانلىقىنى بايقىدۇق.
بىز تەنقىدىي باغلىنىشلىق رېزوناتورنى ئىشلىتىپ، سىزىقلىق يەتكۈزۈش سپېكتىرىنى لورېنتزىيان ئەگرى سىزىقى بىلەن ماسلاشتۇرۇش ئارقىلىق سۈپەت ئامىلىنى (Q ئامىلى) مۆلچەرلىدۇق، بۇنىڭ بىلەن 3-رەسىمنىڭ (c) قىسمىدا كۆرسىتىلگەندەك، ئىچكى Q ئامىلى 1 مىليون 100 مىڭغا يەتتى. بىزنىڭ بىلىشىمىزچە، بۇ دولقۇن يېتەكلىگۈچ بىلەن باغلىنىشلىق LToI ھالقىسىمان رېزوناتورنىڭ تۇنجى قېتىملىق كۆرسىتىشى. دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدىغىنى شۇكى، بىز قولغا كەلتۈرگەن Q ئامىلى قىممىتى تالا بىلەن باغلىنىشلىق LToI مىكرودىسك رېزوناتورلىرىغا قارىغاندا خېلىلا يۇقىرى [9].
خۇلاسە:بىز 1550 nm دا 0.28 dB/cm3 زىيان تارتىش كۈچى ۋە 1 مىليون 100 مىڭ ئۈزۈك رېزوناتور Q ئامىلى بىلەن LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچنى ئىجاد قىلدۇق. ئېرىشكەن ئىقتىدار ئەڭ يېڭى تۆۋەن زىيان تارتىش كۈچى بىلەن LNoI دولقۇن يېتەكلىگۈچنىڭ ئىقتىدارىغا ئوخشايدۇ. بۇنىڭدىن باشقا، بىز چىپتىكى سىزىقسىز قوللىنىشچان پروگراممىلار ئۈچۈن ئىشلەپچىقىرىلغان LToI دولقۇن يېتەكلىگۈچنىڭ χ(3) سىزىقسىزلىقىنى تەكشۈردۇق.
ئېلان قىلىنغان ۋاقىت: 2024-يىلى 11-ئاينىڭ 20-كۈنى