(49-5) 04 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Технология создания фотонной интегральной схемы на подложке из ниобата лития
В.С. Соловьёв 1, С.А. Дегтярев 2,3, С.Н. Хонина 2,3, С.П. Тимошенков 1, А.С. Тимошенков 1, Н.А. Расщепкина 4, А.Е. Чалых 5

1 Национальный исследовательский университет «МИЭТ»,
124498, Россия, г. Москва, Зеленоград, Площадь Шокина, д. 1;
2 Институт систем обработки изображений, НИЦ «Курчатовский институт»,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151;
3 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34;
4 Самарский государственный технический университет,
443100, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 244;
5 Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук,
119071, г. Москва, Ленинский проспект, д. 31, корп. 4

  PDF, 1715 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1599

Страницы: 733-740.

Аннотация:
Предложена новая технология изготовления фотонной интегральной схемы на подложке из ниобата лития. Показано, что необязательно легировать верхний слой ниобата лития для создания волноводной системы и управления излучением. Достаточно нанести на поверхность ниобата лития слой материала с большим, чем у ниобата лития показателем преломления. Таким образом, получается несимметричный волновод, излучение в котором в основном проникает в глубину ниобата лития. За счёт этого, проложив металлические электроды вдоль волноводного слоя, можно управлять скоростью распространения излучения в волноводе и, соответственно, создавать управляемые фотонные схемы, например амплитудный модулятор Маха–Цендера или фазовый модулятор. Экспериментально была создана и исследована технология напыления слоя двуокиси титана на поверхность ниобата лития. Также была отполирована торцевая сторона пластины ниобата лития и показано, что после финишной полировки излучение выходит с торцевого конца пластины. Это позволит создавать фотонные интегральные схемы с линейкой близкорасположенных волноводов, из которых излучение может быть выведено в пространство и попадать в объектив фото- или видеокамеры для дальнейшей обработки.

Ключевые слова:
фотонная интегральная схема, планарный волновод, ниобат лития, диоксид титана, полировка тонкого среза.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-22-00044), https://rscf.ru/project/24-22-00044/.

Цитирование:
Соловьёв, В.С. Технология создания фотонной интегральной схемы на подложке из ниобата лития / В.С. Соловьёв, С.А. Дегтярев, С.Н. Хонина, С.П. Тимошенков, А.С. Тимошенков, Н.А. Расщепкина, А.Е. Чалых // Компьютерная оптика. – 2025. – Т. 49, № 5. – С. 733-740. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1599.

Citation:
Solovyov VS, Degtyarev SA, Khonina SN, Timoshenkov SP, Timoshenkov AS, Rascshepkina NA, Chalykh AE. Technology for creating a photonic integrated circuit on a lithium niobate substrate. Computer Optics 2025; 49(5): 733-740. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1599.

References:
  1. Petrov VM, Shamray AV. Interference and diffraction for information photonics [In Russian]. Saint-Petersburg: “Lanj” Publisher; 2019.
  2. Toney JE. Lithium niobate photonics. Boston, USA: Artech House; 2015. ISBN: 978-1-60807-923-0.
  3. Bazzan M, Sada C. Optical waveguides in lithium niobate: recent developments and applications. Appl Phys Rev 2015; 2(4): 040603. DOI: 10.1063/1.4931601.
  4. Il'ichev IV, Kozlov AS, Gaenko PV, Shamray AV. Optimisation of the proton-exchange technology for fabricating channel waveguides in lithium niobate crystals. Quantum Electron 2009; 39(1): 98-104. DOI: 10.1070/QE2009v039n01ABEH013878.
  5. Karavaev PM, et al. Polarization separation in titanium-diffused waveguides on lithium niobate substartes. Tech Phys Lett 2016; 42(5): 513-516. DOI: 10.1134/S1063785016050266.
  6. Petrov MP, Stepanov SI, Homenko AV. Photorefractive crystals in coherent optics [In Russian]. Saint-Petersburg: “Nauka” Publisher; 1992.
  7. Petrov MP, Shamraǐ AV, Petrov VM. Electrically controlled diffraction of light by reflection holograms in an LiNbO3 crystal. Physics of the Solid State 1998; 40(6): 948-951. DOI: 10.1134/1.1130455.
  8. Petrov MP, Shamray AV, Petrov VM, Sanchez-Mondragon J. Electric field selectivity of reflection volume holograms in LiNbO3. Opt Commun 1998; 153(4-6): 305-308. DOI: 10.1016/S0030-4018(98)00260-0.
  9. Chamrai AV, Petrov VM, Petrov MP. Crosstalk caused by incoherence of the readout light in wavelength-division multiplexing of reflection holograms. Tech Phys 1999; 44(9): 1098-1102. DOI: 10.1134/1.1259480.
  10. Breer S, Buse S. Wavelength demultiplexing with volume phase holograms in photorefractive lithium niobate. Appl Phys B 1998; 66(3): 339-345. DOI: 10.1007/s003400050398.
  11. Petrov VM, et al. Electrically controlled volume LiNbO3 holograms for wavelength demultiplexing systems. Opt Mater 2001; 18(1): 191-194. DOI: 10.1016/S0925-3467(01)00165-3.
  12. Petrov VM, et al. Electric field selectivity and multiplexing of volume holograms in LiNbO3. Appl Phys B 2000; 71(1): 43-46. DOI: 10.1007/s003400050072.
  13. Kuzminov YuS. Lithium niobate and tantalate. Materials for nonlinear optics. Moscow: “Nauka” Publisher; 1975.
  14. Weiner JS, Miller DAB, Chemla DS. Quadratic electro-optic effect due to the quantum-confined Stark effect in quantum wells. Appl Phys Lett 1987; 50(13): 842-844. DOI: 10.1063/1.98008.
  15. Jacques M, Samani A, Patel D. Modulator material impact on chirp, DSP, and performance in coherent digital links: comparison of the lithium niobate, indium phosphide, and silicon platforms. Opt Express 2018; 26(17): 22471-22490. DOI: 10.1364/OE.26.022471.
  16. Petrov VM, Shamrai AV. Microwave integrated optical modulators. Theory and practice [In Russian]. Saint-Petersburg: ITMO University Publisher; 2021.
  17. Azanova IS. Surface, structure and optical properties of proton-exchange waveguide layers on a lithium niobate single crystal [In Russian]. The thesis for the Candidate’s degree in physical and mathematical sciences. Permian; 2006.
  18. Azanova IS, et al. Formation of lamlet phases on the surface of X-cut lithium niobate single crystal during proton exchange [In Russian]. Fundamental'nyye problemy sovremennogo materialovedeniya 2005; 2(1): 98-102.
  19. Korkishko YuA, Fedorov VA. Optical properties and crystal structure of annealed proton exchange fibers in LiNb03 [In Russian]. JETP 1996; 66(5): 86-98.
  20. Ganshin VA, Korkishko YuN, Petrova VZ. Formation and properties of H:LiTaO3 light guides. JETP 1989; 59(8): 69-71.
  21. Ponomarev RS, Shevtsov DI, Karnaushkin PV. “Shutdown” of the proton exchange channel waveguide in the phase modulator under the influence of the pyroelectric effect. Appl Sci 2019; 9(21): 4585. DOI: 10.3390/app9214585.
  22. Kostritskii SM, Korkishko YuN, et al. Electro-optic MZI modulators, utilizing different phases in proton-exchanged LiTaO3 waveguides. Proc SPIE 2005; 5956: 595610. DOI: 10.1117/12.620459.
  23. Jubera M, et al. Photorefractive effect and optical damage thresholds in z-cut swift heavy ion irradiation LiNbO3 waveguides. Source: <https://www.ecio-conference.org/wp-content/uploads/2016/05/2012/ECIO-2012_ThP091.pdf>.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20