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低损耗铌酸锂在10厘米长和亚纳米表面粗糙度的绝缘体(LNOI)波导上的应用
价格: ¥20,000.00
成果转化类型: 军转民
成果类型: 实用新型
所属行业: 无机非金属材料 纳米、石墨烯及超细材料 电子元器件 集成电路 光通信设备
成 熟 度: 可以量产
技术水平:
合作方式: 完全转让
实现生产预计需投入: 200
产品预期成本: 100
关键词: 铌酸锂、波导、光子集成电路、传播损耗、光学光刻、化学机械抛光

发展了一种在多厘米长的绝缘体波导(LNOI)上实现铌酸锂的技术,传播损耗低至0.027dB/cm。我们的技术依赖于用飞秒激光将涂敷在LNOI顶表面的铬(Cr)薄膜图案化为硬掩模,然后用化学机械抛光将LNOI结构成波导。用原子力显微镜(AFM)将波导表面粗糙度确定为0.452 nm。该方法与其他表面图案化技术相兼容,例如光学和电子束光刻或激光直接写入,使得能够高通量地制造基于大规模LNOI的光子集成电路。

光子集成电路(PIC)在实现采用量子光源和经典光源的复杂信息处理系统中显示出良好的潜力[1,2]。为了提高计算效率和可重构性,基于PIC的光学计算机/计算器的关键要求是低传输损耗、快速可调和高效的光学接口。目前,已有多种材料用于构建大规模PIC,包括硅和一些半导体材料[3-6]、熔融二氧化硅[7,8]和块状铌酸锂(LN)[9,10]。硅基PIC的优点是硅的折射率高,可以制造具有强约束和紧弯曲的紧凑型光路。此外,用于硅和半导体的高精度图案化的光刻技术是成熟的。然而,硅基PIC本身具有相对高的传播损耗,并且传输窗口对于可见光和较短光都是不可见的。

波长。PIC可以构建在熔融二氧化硅和块状LN晶体上,通过局部改变折射率,通过光照或离子掺杂。不幸的是,使用这些方法得到的折射率增加通常在10_3到10_2数量级,从而产生最大限度地减少弯曲损耗所需的PIC的大足迹。最重要的是,现有PIC中波导的典型传播损耗一般在10.1dB/cm或更高数量级,这给基于PIC的光学计算机的性能设置了极限。

最近,通过在绝缘体(LNOI)纳米光子结构上成功展示高质量铌酸锂,已经出现了用于构建高性能PIC的革命性方法。这种方法的第一个实验证明是通过首先使用飞秒激光器将LNOI图案化为指定的几何形状而提供的。在飞秒激光图案化后得到的草稿结构,其侧壁粗糙度相对较高,约为几十纳米,然后用聚焦离子束(FIB)铣削来抛光侧壁[11]。这个概念很快扩展到与其他光刻技术相结合,例如光学光刻和电子束写入(EBW),用于定义LNOI衬底上的平面图案,然后进行反应离子刻蚀以完成LNOI[12,13]的纳米结构。最初的焦点主要放在光学微谐振器[11~21 ]上,并且其它器件如波导和光子晶体[22~28 ]很快出现,由于离子干蚀刻导致侧壁表面光滑度高的优点。


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