片上掺铒铌酸锂微腔激光器的研究

作为基于硅的光子芯片的补充，铌酸锂薄膜（LNOI）由于其出色的非线性，电光，声光，压电和其他物理特性，已成为光电集成领域的研究热点。 已经开发了基于铌酸锂薄膜的片上集成倍频器，调制器和滤波器，但是片上集成通信频带光源仍然迫切需要开发。 最近，上海交通大学的研究人员首次公开报告说，他们在自行研制的掺铌酸锂芯片上设计、制造并实现了微腔的激光输出。

 回音壁模式微盘谐振器具有小尺寸和高品质因数。 通过选择合适的泵浦源并仔细设计和制造LNOI微型磁盘，已实现了集成铌酸锂片上C波段激光的输出。 该研究成果名为“片上掺铒铌酸锂微腔激光器”，并于2020年10月30日发表在《中国科学物理，力学与天文学》上，作为第64卷第3期的封面文章。来自上海交通大学的陈玉平教授和陈宪峰教授是通讯作者。

众所周知，稀土离子的能级系统可以满足通信频带中激光辐射的条件。 以前，掺有稀土离子的激光器和放大器只能有效地实现并应用于光纤和二氧化硅膜中。 迄今为止，关于掺铒铌酸锂薄膜的研究报道很少，并且仅在低掺杂浓度下通过离子注入和热扩散方法才能获得荧光输出，但是均匀性很差。

       在过去两年中发现这些问题时，研究人员放弃了离子注入和热扩散方法，而是选择在铌酸锂晶体的生长过程中掺入离子，旨在解决掺铒铌酸锂的浓度和均匀性问题。 最终，通过智能切割工艺制备了铌酸锂薄膜。 这些过程是通过与上海大恒光学精密机械有限公司和济南景正电子有限公司的合作而完成的。用这种方法制备的掺铒铌酸锂薄膜具有均匀的铒离子分布，可以满足片上激光器发展的需要。

 随后，研究人员使用聚焦离子束（FIB）蚀刻方法在600 nm厚的Z形切割掺铒铌酸锂薄膜上制造了微型磁盘谐振器。 使用了980 nm和1480 nm波段的泵浦光，并通过锥形光纤耦合。 在这两个泵浦下，通信频带中的激光输出很明显。

 该研究结果实现了铌酸锂芯片通信频带内的集成光源，这对于未来将铌酸锂薄膜材料的片上光源与各种功能器件进行有效集成具有重要意义。

更多信息：刘义安等，片上掺铒铌酸锂微腔激光器，《中国科学物理，力学与天文》（2020年）。

DOI：10.1007 / s11433-020-1625-9

由中国科学出版社提供