Тонкие пленки ниобата лития (TFLN) со значительными преимуществами, такими как широкое окно прозрачности, высокий показатель преломления и большие акустооптические/электрооптические/нелинейные оптические коэффициенты, стали многообещающей платформой для изготовления высокопрочных материалов. высокопроизводительные фотонные интегрированные устройства как для классических, так и для квантовых приложений, где в настоящее время реализованы фотонные устройства, такие как волноводы с малыми потерями, высококачественные микрорезонаторы, высокоскоростные модуляторы и высокоэффективные оптические преобразователи частоты. Однако монокристаллический ниобат лития не обладает эффективными люминесцентными и детектирующими свойствами.
Недавно кристаллы ниобата лития, легированные редкоземельными ионами, стали практическим решением для реализации функции оптического усиления платформ TFLN, и были экспериментально продемонстрированы микролазеры с оптической накачкой, легированные редкоземельными ионами. Лазеры, легированные редкоземельными ионами, обладают преимуществами широкой полосы пропускания, нечувствительности к поляризации, высокой применимой температуры и хорошей совместимости. Кроме того, лазеры, легированные ионами редкоземельных элементов, более перспективны для достижения высокой выходной мощности, работы в режиме синхронизации мод и когерентных комбинаций пучков. Однако в настоящее время все лазеры TFLN, легированные редкоземельными ионами, оптически накачиваются внешними лазерами, подключенными с помощью оптических волокон, что препятствует развитию интегрированной фотоники на TFLN.
Недавно группа профессора Ченг Я из Восточно-китайского педагогического университета продемонстрировала компактный гибридный микрокольцевой лазер на ниобате лития. На рисунке 1 показана принципиальная схема предлагаемого компактного гибридного микрокольцевого лазера на ниобате лития с накачкой полупроводниковым лазером, который состоит из коммерчески доступного полупроводникового лазера в корпусе CoS и микрокольца с высокой добротностью, легированного Er3 plus. Выравнивание между входным портом микрокольца и выходным портом полупроводниковой лазерной трубки с CoS-инкапсуляцией достигается с помощью системы юстировки {{10}} осей с регулируемой точностью 10 нм, которая в очередь обеспечивает эффективную оптическую связь. Для достижения стабильного и прочного склеивания с помощью дозатора наносится УФ-клей, и два чипа закрепляются с помощью УФ-облучения. Ключом к этой работе является то, что микрокольцо, легированное Er3 plus, имеет высокое значение добротности на длине волны накачки полупроводникового лазера. Как показано на рис. 2, центральная длина волны лазера накачки полупроводника составляет 976,24 нм, и на этой длине волны значение добротности микрокольца составляет 7,3×105. Центральная длина волны лазера, создаваемого микрокольцом, легированным Er3 plus, под светом накачки, составляет 1531,27 нм, а ширина линии лазера составляет 0,05 нм, а излучение одномодового лазера связано с зависимыми от моды потерями и получить конкуренцию. Кроме того, ширина линии излучаемого лазера на два порядка меньше, чем ширина линии излучения накачки, генерируемого полупроводниковым лазером в корпусе CoS.
Рис. 1. (а) Принципиальная схема компактного гибридного микрокольцевого лазера на ниобате лития, состоящего из полупроводникового лазера в корпусе CoS и высокодобротного микрокольцевого лазера Er:TFLN. (б) Вид сверху на компактный гибридный микрокольцевой лазер на ниобате лития. ( c ) Фотография крупным планом под оптическим микроскопом интерфейса между полупроводниковым лазером, инкапсулированным CoS, и микрокольцом Er: TFLN.
Рис. 2. (а) Q микрокольца при 976 нм составляет 7,3 × 105. (б) Добротность микрокольца на 1531 нм составляет 1,85 × 105. (в) Спектр вблизи центральной длины волны полупроводникового лазера. (d) Спектр вблизи длины волны микрокольца, легированного Er3 plus, излучающего одночастотный лазер на длине волны 1531,27 нм с шириной линии 0,05 нм.
В этой работе исследуется мощный гибридный микрокольцевой лазерный источник на ниобате лития, который потенциально может применяться в когерентной оптической связи и точной метрологии, а результаты опубликованы в Интернете в OpticsLetters.
