基于HfO$_2$的高折射率可见/紫外集成光子学平台

Oscar Jaramillo; Vighnesh Natarajan; Hamim Mahmud Rivy; Joshua Tensuan; Leonardo Massai; Karan K. Mehta

基于HfO$_2$的高折射率可见/紫外集成光子学平台

光学 2025-05-06 v2

作者: Oscar Jaramillo , Vighnesh Natarajan , Hamim Mahmud Rivy , Joshua Tensuan , Leonardo Massai , Karan K. Mehta

摘要

紫外和可见光集成光子学对于量子信息、传感和光谱学等应用至关重要。少数材料支持进入紫外的低损耗光子学，且已知可沉积材料的相对低折射率限制了可实现的功能。本文提出了一种基于HfO $_2$ 和Al $_2$ O $_3$ 复合材料的高折射率集成光子学平台，通过原子层沉积（ALD）制备，可在可见光和近紫外波段实现低损耗。我们表明，Al $_2$ O $_3$ 的加入显著降低了与纯HfO $_2$ 相比的体积损耗，符合由于Al $_2$ O $_3$ 掺杂抑制晶体化的结果。复合材料的折射率n遵循HfO $_2$ 和Al $_2$ O $_3$ 折射率的加权平均值，权重由HfO $_2$ 的体积分数x决定。在λ=375 nm时，x=0.67的复合材料具有n=2.08，保留了大部分HfO $_2$ 的显著高折射率，材料损耗为3.8(7) dB/cm。我们进一步展示了全刻蚀、包覆波导、光栅耦合器和环谐振器，实现了单模波导损耗为0.25(2) dB/cm，来自内在品质因子为260万的谐振器，在λ=729 nm时为0.25(2) dB/cm，在λ=405 nm时为2.6(2) dB/cm，在λ=375 nm时为7.7(6) dB/cm。我们测量了该复合材料在λ=397 nm附近的热光系数（TOC）为2.44(3)×10 $^{-5}$ RIU/°C。本工作确立了(HfO $_2$ ) $_x$ (Al $_2$ O $_3$ ) $_{1-x}$ 复合材料作为一种适用于跨UV至近红外波段的低损耗、高折射率光子学平台。

关键词

集成光子学 HfO2 Al2O3 折射率紫外光子学

引用

@article{arxiv.2412.09421,
  title  = {HfO$_2$-based platform for high-index-contrast visible/UV integrated photonics},
  author = {Oscar Jaramillo and Vighnesh Natarajan and Hamim Mahmud Rivy and Joshua Tensuan and Leonardo Massai and Karan K. Mehta},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2412.09421},
  year   = {2025}
}

基于HfO$_2$的高折射率可见/紫外集成光子学平台

摘要

关键词

引用

相关论文