薄膜铌酸锂非线性频率混频器的波长精确与晶圆级工艺
应用物理
2025-04-08 v1 光学
摘要
薄膜铌酸锂（TFLN）光子学的最新进展催生了新一代高性能电光器件，包括调制器、频率梳和微波-光转换器。然而，依赖于全光非线性效应的 TFLN 器件的更广泛应用，受到了通过铁电极化实现的准相位匹配（QPM）对制造公差的敏感性的限制。在此，我们提出了一种可扩展的制造工艺，旨在提高 TFLN 中光学频率混频器的波长精度。与传统的先刻蚀后极化方法不同，我们首先在 TFLN 中定义波导，然后进行铁电极化。这一顺序允许在波导定义前后进行精确测量，以完全捕获几何缺陷。系统误差也可以通过测量部分器件来校准，从而微调晶圆上剩余器件的 QPM 设计。使用该方法，我们制备了大量旨在产生 737 nm 光的二次谐波产生器件，其中 73% 的器件在目标波长 5 nm 范围内工作。此外，我们还通过包层沉积展示了器件的热光调谐与微调，前者使约 96% 的测试器件达到目标波长。我们的技术能够实现集成量子频率转换器、光子对源和光学参量放大器的快速增长，从而促进基于 TFLN 的非线性频率混频器集成到更复杂、更具功能性的光子系统中。
引用
@article{arxiv.2404.12381,
title = {Wavelength-accurate and wafer-scale process for nonlinear frequency mixers in thin-film lithium niobate},
author = {C. J. Xin and Shengyuan Lu and Jiayu Yang and Amirhassan Shams-Ansari and Boris Desiatov and Letícia S. Magalhães and Soumya S. Ghosh and Erin McGee and Dylan Renaud and Nicholas Achuthan and Arseniy Zvyagintsev and David Barton and Neil Sinclair and Marko Lončar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.12381},
year = {2025}
}