CN116125726A - 一种基于x切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法 - Google Patents

一种基于x切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116125726A
CN116125726A CN202310097079.3A CN202310097079A CN116125726A CN 116125726 A CN116125726 A CN 116125726A CN 202310097079 A CN202310097079 A CN 202310097079A CN 116125726 A CN116125726 A CN 116125726A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrodes
lithium niobate
group
polarization
thin film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310097079.3A
Other languages
English (en)
Inventor
逯鹤
房晓旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Research Institute Of Shandong University
Original Assignee
Shenzhen Research Institute Of Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Research Institute Of Shandong University filed Critical Shenzhen Research Institute Of Shandong University
Priority to CN202310097079.3A priority Critical patent/CN116125726A/zh
Publication of CN116125726A publication Critical patent/CN116125726A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3551—Crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/0009—Materials therefor
    • G02F1/0018—Electro-optical materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/0305—Constructional arrangements
    • G02F1/0316—Electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • G02F1/0353—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure involving an electro-optic TE-TM mode conversion
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3544—Particular phase matching techniques
    • G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure

Abstract

本发明涉及一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，包括：(1)在铌酸锂薄膜上制备极化周期不同的第一组电极和第二组电极；(2)分别对第一组电极和第二组电极进行极化；(3)施加电压，使得电极之间的铌酸锂发生畴反转，在畴反转区域直接刻蚀铌酸锂制备铌酸锂波导，得到周期极化铌酸锂波导；(4)通过第一组电极和第二组电极的自发参量下转换过程，产生两组偏振方向垂直的光子对，当铌酸锂波导的长度满足小于泵浦光的相干长度时，从而制备偏振纠缠源；(5)将光子对分开。本申请提供的片上纠缠源的设计和制备方法，提供了一种稳定的且高集成度的片上偏振纠缠源产生方案，符合高集成度的要求。

Description

一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，属于集成光电子领域。
背景技术
非线性光学效应有许多应用，包括单光子产生、参量下转换、变频或放大。利用铌酸锂(LN)晶体优越的非线性系数，基于准相位匹配的周期极化铌酸锂(PPLN)波导具有很高的非线性转化效率，在科研领域一直备受关注。但体材料中的波导结构折射率差较小，不利于高集成度的光学芯片制作。绝缘体上的铌酸锂(LNOI)是一种纳米量级的铌酸锂薄膜(TFLN)，与体材料相比，在LNOI上的光学微结构可以拥有更小的尺寸，可以在大幅度的提高器件的集成度的同时，降低器件的体积和功耗。
周期极化的铌酸锂薄膜(PP-TFLN)波导是铌酸锂薄膜平台大规模集成光电子芯片的重要部分。X切的TFLN可以在室温下使用表面电极轻松极化，也可以充分利用铌酸锂的最高非线性系数。对于许多器件，如满足准相位匹配的波导结构用于实现光子自发参量下转换或二次谐波生成，X切的TFLN是首选方向，可以利用LN最高的非线性系数的同时在LN表面上沉积共面电极极化。
LNOI的器件在传统光学方面已经快速展开，包括低损耗微环结构、光学超晶格结构及非线性效应、光电调制器等。因限光能力强、折射率差大等优点，LNOI在传统光学上展现了巨大的优势，近几年来，在量子层面的研究也在迅速展开。对于量子纠缠方面的研究，纠缠源的产生至关重要，尤其是量子光学中常用的偏振纠缠源，目前分立光学中基于PPLN虽然可以制备高亮度、高效率、高对比度的偏振纠缠源，但体积大且不稳定，需要不断维护。
本申请提供一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，为传统分立光学提供了一种稳定的且高集成度的片上偏振纠缠源产生方案。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法；通过两个不同周期的电极结构，制备具有两组极化周期的周期极化铌酸锂波导；采用type-II型相位匹配(TE→TE+TM，TE模式光的偏振方向与TM模式光的偏振方向互相垂直)，分别计算两组非简并的自发参量下转换过程的对应的极化周期，针对532nm的泵浦光分别在1550nm和810nm处产生偏振方向垂直的共线信号光子和闲频光子，就可以实现片上非简并偏振纠缠源的制备。
术语解释：
1.PP-LNOI：绝缘体上周期极化的铌酸锂薄膜。
本发明的技术方案为：
一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，包括：
(1)在铌酸锂薄膜上制备铬电极图案，铬电极图案包括依次设置的第一组电极和第二组电极，第一组电极和第二组电极均包括若干对对称设置的铬电极；并且第一组电极和第二组电极的极化周期不同；例如，可使用Lμmerical，Comsol，matlab等软件模拟铌酸锂波导结构的有效折射率以及相应的非线性过程，确定两组对齿电极的极化周期、占空比等；电极间隙为一组梳状对齿电极相对的两部分的齿端间隙；极化周期为相邻两个铬电极之间的距离；
(2)分别在第一组电极和第二组电极上施加相应的脉冲电压进行极化，脉冲电压的方向与铌酸锂薄膜的极化方向相反，使得电极相对齿间的铌酸锂发生畴反转；由于电极对齿结构的周期性设置，所以铌酸锂薄膜发生周期畴反转。
(3)在畴反转区域直接刻蚀铌酸锂薄膜制备铌酸锂波导，得到周期极化铌酸锂波导；
(4)在第一组电极和第二组电极处，经过自发参量下转换过程，产生两组偏振方向垂直的光子对，当铌酸锂波导的长度满足小于泵浦光的相干长度时，从而制备偏振纠缠源；
(5)根据波长分光，把同时产生的光子对分开，获得偏振纠缠的光子对。
根据本发明优选的，步骤(4)中，在第一组电极处一个模式为TE，波长为532nm的光子TE532发生自发产量下转换过程产生偏振方向垂直的光子对，即产生一个TE1550光子和一个TM810光子(|TE1550TM810>)；在第二组电极处一个模式为TE，波长为532nm的光子TE532发生自发产量下转换过程产生偏振方向垂直的光子对，即产生一个TE810光子和一个TM1550光子(|TE810TM1550>)，当波导长度满足小于532nm泵浦光的相干长度时，从而制备
Figure BDA0004071984980000031
形式的偏振纠缠源，即
Figure BDA0004071984980000032
根据本发明优选的，在第一组电极或第二组电极中，对称设置的铬电极的形状相同，铬电极的形状为梳状对齿铬电极，铬电极的齿端为圆弧状。铬电极的齿端为圆弧状可以减少电流泄露，降低加电压实现周期极化的难度，获得更好的周期极化效果。
根据本发明优选的，第一组电极的电极间隙与第二组电极的电极间隙相同，电极间隙为一组电极相对的两部分的齿端间隙。分成两组是因为不同的电极对应的极化电压会有区别，分别极化获得更好的极化效果，设置相同的间隙对反转区域的利用率最高。
根据本发明优选的，第一组电极和第二组电极的电极间隙都为10μm-40μm；进一步优选的，第一组电极和第二组电极的电极间隙都为10μm。
根据本发明优选的，第一组电极和第二组电极的占空比为25-40％；进一步优选的，第一组电极和第二组电极的占空比为35％。因为加电压实现畴反转时会出现畴拓展，极化周期越小，电极占空比也要越小。
根据本发明优选的，第一组电极的极化周期采用5.6μm，第一组电极的极化周期采用11.2μm。根据wt＝1.8μm，wt表示梯形上底，下底由梯形上底和侧壁角θ计算，0.6μm是LNOI第1层铌酸锂材料的厚度，铌酸锂薄膜刻蚀深度h＝0.16μm及侧壁角θ＝60°计算的两组极化周期。
根据本发明优选的，步骤(2)中，根据压电响应力显微镜(PFM)对铌酸锂薄膜的极化效果进行表征，然后在畴反转区域中占空比接近50％处制备铌酸锂波导，得到周期极化铌酸锂波导。选择在该区域制备铌酸锂波导转化效率最高。
根据本发明优选的，步骤(2)中，确定脉冲电压和脉冲数量的具体过程为：
2-1，确定脉冲电压的最大电压Vmax的大小，Vmax应大于铌酸锂的矫顽场值×电极间隙d，过小的电压难以实现畴反转，过大的电压会使横向拓展严重，所以Vmax一般小于铌酸锂的矫顽场值×电极间隙d(1+50％)；实际加电压过程中，将能观察到畴反转的电压值高10V的电压作为最大电压Vmax进行周期极化；初步设定脉冲电压波形为梯形波，梯形波包括快速的上升段、高电压持续时间段和缓慢的下降段，对应的时间段分别为t1、t2、t3；
例如，铌酸锂的矫顽场在21V/μm，当电极间隙d为10μm时，极化电压Vmax设定在210-300V之间，选择比铌酸锂恰好发生畴反转电压略大一些的值，可提高畴反转的成功率；
2-2，调整脉冲电压对应的t1、t2、t3，以及脉冲数量，使得畴反转区域的占空比尽可能达到理想的50％；其中快速的上升沿t1可以促进成核位点的形成，在选定范围内影响不大，仅需少量测试或者根据经验采用固定值，高于矫顽场的电压让畴生长，使得高电压持续时间t2与脉冲数量相匹配，比起单脉冲一次性完成畴极化，多脉冲固定间隔施加更有利于提高极化的成功率，防止电极损坏，但需要更长的作用时间。缓慢的下降沿t3可避免退极化，在选定范围内影响不大，仅需少量测试或者根据经验采用固定值。
2-3，根据步骤2-2确定脉冲电压Vmax对铌酸锂薄膜进行反复极化，提高成功率。电压反接把已经畴反转的区域恢复时，可以采用比选定脉冲电压略高的电压值以及更多的脉冲数，保证打回效果。
根据本发明优选的，铬电极的厚度为100nm。
根据本发明优选的，铌酸锂薄膜的厚度为600nm。
本发明的有益效果为：
目前分立光学中基于PPLN虽然可以制备高亮度、高效率、高对比度的偏振纠缠源，但造价昂贵、体积大且不稳定，需要不断维护，实现量子光学系统集成化、小型化是光量子信息处理的必经之路。本申请提供一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，为传统分立光学提供了一种稳定的且高集成度的片上偏振纠缠源产生方案，符合高集成度的要求。
附图说明
图1为X切铌酸锂薄膜的结构示意图；
图2为铬电极结构的俯视示意图；
图3为周期极化效果以及后续波导加工位置的俯视示意图；
图4为铌酸锂波导结构的侧视图；
图5为片上非简并偏振纠缠源的产生方法；
图6为极化脉冲电压的波形示意图；
图7为施加脉冲电压的极化示意图。
1、硅基底，2、SiO2衬底，3、铌酸锂薄膜。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，包括：
(1)购买商用X切铌酸锂薄膜晶圆，具体结构如图1所示，自下到上依次为硅基底1、SiO2衬底2、铌酸锂薄膜3；通过电子束曝光在铌酸锂薄膜3上制备铬电极图案，铬电极图案如图2所示，铬电极图案包括依次设置的第一组电极和第二组电极，第一组电极和第二组电极均包括若干对对称设置的铬电极；并且第一组电极和第二组电极的极化周期不同；例如，可使用Lμmerical，Comsol，matlab等软件模拟相应的非线性过程，确定两组对齿电极占空比、电极间隙以及极化周期等；如图2所示，电极间隙为一组梳状对齿电极相对的两部分的齿端间隙；极化周期为相邻两个铬电极之间的距离；
根据准相位匹配条件
Figure BDA0004071984980000061
可以计算两组不同的非线性过程一阶准相位匹配所应满足的相应极化周期
Figure BDA0004071984980000062
对于|TE532>→|TE1550TM810>，极化周期
Figure BDA0004071984980000063
对于|TE532>→|TE1550TM810>，极化周期
Figure BDA0004071984980000064
不同波长、模式的光的有效折射率neff可以通过Lμmerical，Comsol等软件模拟。
铬电极的厚度为100nm。铌酸锂薄膜3的厚度为600nm。
(2)分别在第一组电极和第二组电极上施加相应的脉冲电压进行极化，脉冲电压的方向与铌酸锂薄膜的极化方向相反，如图7所示，使得电极相对齿间的铌酸锂发生畴反转；由于电极对齿结构的周期性设置，所以铌酸锂薄膜发生周期畴反转。
极化效果如图3所示；黑色区域因外加电压畴反转，极化方向与原来相反，未发生畴反转的区域与发生畴反转的区域周期排布即铌酸锂薄膜3的周期极化。(3)施加与步骤(2)中脉冲电压方向相反的电压，使得电极之间的铌酸锂发生畴反转，在畴反转区域直接刻蚀铌酸锂制备铌酸锂波导，铌酸锂波导结构设计如图4所示，得到周期极化铌酸锂波导；
(4)通过第一组电极和第二组电极的自发参量下转换过程，产生两组偏振方向垂直的光子对，当铌酸锂波导的长度满足小于泵浦光的相干长度时，从而制备偏振纠缠源。
具体的，步骤(4)中，在第一组电极处一个模式为TE，波长为532nm的光子TE532发生自发产量下转换过程产生偏振方向垂直的光子对，即产生一个TE1550光子和一个TM810光子(|TE1550TM810>)；在第二组电极处一个模式为TE，波长为532nm的光子TE532发生自发产量下转换过程产生偏振方向垂直的光子对，即产生一个TE810光子和一个TM1550光子(|TE810TM1550>)，当波导长度满足小于532nm泵浦光的相干长度时，从而制备
Figure BDA0004071984980000071
形式的偏振纠缠源，即
Figure BDA0004071984980000072
(5)根据波长分光，把同时产生的光子对分开。如图5所示，在分立光学中可以通过二向色镜(DM)分光，在集成光学中也可设计根据波长分光的结构。
在第一组电极或第二组电极中，对称设置的铬电极的形状相同，铬电极的形状为梳状对齿铬电极，铬电极的齿端为圆弧状。铬电极的齿端为圆弧状可以减少电流泄露，降低加电压实现周期极化的难度，获得更好的周期极化效果。
第一组电极的电极间隙与第二组电极的电极间隙相同，电极间隙为一组电极相对的两部分的齿端间隙。分成两组是因为不同的电极对应的极化电压会有区别，分别极化获得更好的极化效果，设置相同的间隙对反转区域的利用率最高。
第一组电极和第二组电极的电极间隙都为10μm-40μm。第一组电极和第二组电极的占空比为25-40％。
实施例2
一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，与实施例1的区别之处在于：
第一组电极和第二组电极的电极间隙都为10μm。
第一组电极和第二组电极的占空比为35％。因为加电压实现畴反转时会出现畴拓展，极化周期越小，电极占空比也要越小。
如图4所示，根据wt＝1.8μm，wt表示梯形上底，下底由梯形上底和侧壁角θ计算，0.6μm是LNOI第1层铌酸锂材料的厚度的铌酸锂薄膜刻蚀深度h＝0.16μm及侧壁角θ＝60°计算的两组极化周期。第一组电极的极化周期采用5.6μm，第一组电极的极化周期采用11.2μm。
步骤(2)中，根据压电响应力显微镜(PFM)对铌酸锂薄膜3的极化效果进行表征，然后在畴反转区域中占空比达到50％处制备铌酸锂波导，得到周期极化铌酸锂波导。选择在该区域制备铌酸锂波导转化效率最高。
实施例3
一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，与实施例1的区别之处在于：
2-1，如图6所示，确定脉冲电压的最大电压Vmax的大小，Vmax应大于铌酸锂的矫顽场值×电极间隙d，过小的电压难以实现畴反转，过大的电压会使横向拓展严重，所以Vmax一般小于铌酸锂的矫顽场值×电极间隙d(1+50％)；实际加电压过程中，将能观察到畴反转的电压值高10V的电压作为最大电压Vmax进行周期极化；初步设定脉冲电压波形为梯形波，梯形波包括快速的上升段、高电压持续时间段和缓慢的下降段，对应的时间段分别为t1、t2、t3；
例如，铌酸锂的矫顽场在21V/μm，当电极间隙d为10μm时，极化电压Vmax设定在210-300V之间，选择比铌酸锂恰好发生畴反转电压略大一些的值，可提高畴反转的成功率；
2-2，调整脉冲电压对应的t1、t2、t3，以及脉冲数量，使得畴反转区域的占空比尽可能达到理想的50％；其中快速的上升沿t1可以促进成核位点的形成，在选定范围内影响不大，仅需少量测试或者根据经验采用固定值，高于矫顽场的电压让畴生长，使得高电压持续时间t2与脉冲数量相匹配，比起单脉冲一次性完成畴极化，多脉冲固定间隔施加更有利于提高极化的成功率，防止电极损坏，但需要更长的作用时间。缓慢的下降沿t3可避免退极化，在选定范围内影响不大，仅需少量测试或者根据经验采用固定值。
2-3，根据步骤2-2确定脉冲电压Vmax对铌酸锂薄膜进行反复极化，提高成功率。电压反接把已经畴反转的区域恢复时，可以采用比选定脉冲电压略高的电压值以及更多的脉冲数，保证打回效果。例如，在反复激化的过程中可以将脉冲电压提高3-5V，脉冲数增加5-10个。

Claims (9)

1.一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，其特征在于，包括：
(1)在铌酸锂薄膜上制备铬电极图案，铬电极图案包括依次设置的第一组电极和第二组电极，第一组电极和第二组电极均包括若干对对称设置的铬电极；并且第一组电极和第二组电极的极化周期不同；
(2)分别在第一组电极和第二组电极上施加相应的脉冲电压进行极化，脉冲电压的方向与铌酸锂薄膜的极化方向相反，使得电极相对齿间的铌酸锂发生畴反转；
(3)在畴反转区域直接刻蚀铌酸锂薄膜制备铌酸锂波导，得到周期极化铌酸锂波导；
(4)在第一组电极和第二组电极处，经过自发参量下转换过程，产生两组偏振方向垂直的光子对，当铌酸锂波导的长度满足小于泵浦光的相干长度时，从而制备偏振纠缠源；
(5)根据波长分光，把同时产生的光子对分开，获得偏振纠缠的光子对。
2.根据权利要求1的一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，其特征在于，步骤(4)中，在第一组电极处一个模式为TE，波长为532nm的光子TE532发生自发产量下转换过程产生偏振方向垂直的光子对，即产生一个TE1550光子和一个TM810光子(|TE1550TM810>)；在第二组电极处一个模式为TE，波长为532nm的光子TE532发生自发产量下转换过程产生偏振方向垂直的光子对，即产生一个TE810光子和一个TM1550光子(|TE810TM1550)，当波导长度满足小于532nm泵浦光的相干长度时，从而制备
Figure FDA0004071984960000011
形式的偏振纠缠源，即
Figure FDA0004071984960000012
3.根据权利要求1的一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，其特征在于，在第一组电极或第二组电极中，对称设置的铬电极的形状相同，铬电极的形状为梳状对齿铬电极，铬电极的齿端为圆弧状。
4.根据权利要求1的一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，其特征在于，第一组电极的电极间隙与第二组电极的电极间隙相同,电极间隙为一组电极相对的两部分的齿端间隙。
5.根据权利要求4的一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，其特征在于，第一组电极和第二组电极的电极间隙都为10μm-40μm；进一步优选的，第一组电极和第二组电极的电极间隙都为10μm。
6.根据权利要求1的一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，其特征在于，第一组电极和第二组电极的占空比为25-40％；进一步优选的，第一组电极和第二组电极的占空比为35％。
7.根据权利要求1的一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，其特征在于，第一组电极的极化周期采用5.6μm,第一组电极的极化周期采用11.2μm。
8.根据权利要求1的一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，其特征在于，步骤(2)中，根据压电响应力显微镜对铌酸锂薄膜的极化效果进行表征，然后在畴反转区域中占空比50％处制备铌酸锂波导，得到周期极化铌酸锂波导。
9.根据权利要求1的一种基于X切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法，其特征在于，步骤(2)中，确定脉冲电压和脉冲数量的具体过程为：
2-1，确定脉冲电压的最大电压Vmax的大小，(铌酸锂的矫顽场值×电极间隙d)＜Vmax＜(铌酸锂的矫顽场值×电极间隙d(1+50％))；初步设定脉冲电压波形为梯形波，梯形波包括上升段、高电压持续时间段和下降段，对应的时间段分别为t1、t2、t3；
2-2，调整脉冲电压对应的t1、t2、t3，以及脉冲数量，使得畴反转区域的占空比达到50％；
2-3，根据步骤2-2确定脉冲电压Vmax对铌酸锂薄膜进行反复极化，提高成功率。
CN202310097079.3A 2023-02-10 2023-02-10 一种基于x切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法 Pending CN116125726A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310097079.3A CN116125726A (zh) 2023-02-10 2023-02-10 一种基于x切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310097079.3A CN116125726A (zh) 2023-02-10 2023-02-10 一种基于x切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116125726A true CN116125726A (zh) 2023-05-16

Family

ID=86299038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310097079.3A Pending CN116125726A (zh) 2023-02-10 2023-02-10 一种基于x切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116125726A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Broderick et al. Hexagonally poled lithium niobate: a two-dimensional nonlinear photonic crystal
Shur et al. Recent achievements in domain engineering in lithium niobate and lithium tantalate
US5568308A (en) Fabrication of ferroelectric domain reversals
CN103605248B (zh) 基于周期性极化铌酸锂的倍频的增强方法
US7440161B2 (en) Optical element and method for forming domain inversion regions
JP5168867B2 (ja) 波長変換素子
US7413635B2 (en) Method for the fabrication of periodically poled Lithium Niobate and Lithium Tantalate nonlinear optical components
US6952307B2 (en) Electric field poling of ferroelectric materials
JPH08220578A (ja) 分極反転領域の製造方法ならびにそれを利用した光波長変換素子及びその製造方法
TWI297802B (en) Method of fabricating two-dimensional ferroelectric nonlinear crystals with periodically inverted domains
JPH04104233A (ja) 光導波路装置及びその製造方法
US6273949B1 (en) Method for fabricating orientation-patterned gallium arsenide seeding structures
JP3332363B2 (ja) 分極反転領域の製造方法ならびにそれを利用した光波長変換素子及びその製造方法
CN116125726A (zh) 一种基于x切周期极化铌酸锂薄膜的片上纠缠源的设计和制备方法
JP3303346B2 (ja) ニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチウムの分極制御方法とこれによる光導波路デバイスの製造方法及び光導波路デバイス
US20050084199A1 (en) Ferroelectric substrate period polarization structure manufacturing method
JP4081398B2 (ja) 光波長変換素子
US6800238B1 (en) Method for domain patterning in low coercive field ferroelectrics
JP2006018243A (ja) 光波長変換素子の製造方法
JP2002214655A (ja) 強誘電体の分極反転方法および光波長変換素子の作製方法
JP2002277915A (ja) 分極反転形成方法および光波長変換素子
JP4635246B2 (ja) 電荷量制御による分極反転法およびそれを用いた波長変換素子
US6762874B2 (en) Polarization inversion method of ferroelectrics and fabrication method of optical wavelength conversion device
Kwon et al. Influence of annealing temperature on domain shape of periodically poled LiNbO3 for Ti: LN waveguides
JP3429502B2 (ja) 分極反転領域の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination