Litiumniobat tunna filmer (TFLN), med de betydande fördelarna med brett transparensfönster, högt brytningsindex och stora akustooptiska/elektrooptiska/icke-linjära optiska koefficienter, har framstått som en lovande materialplattform för tillverkning av hög- fotonikintegrerade prestandaenheter för både klassiska och kvantapplikationer, där fotonikenheter, såsom lågförlustvågledare, högkvalitativa mikroresonatorer, höghastighetsmodulatorer och högeffektiva optiska frekvensomvandlare, nu har realiserats. Emellertid saknar enkristalllitiumniobat effektiv luminescens- och detektionsförmåga.
Nyligen har litiumniobatkristaller dopade med sällsynta jordartsmetalljoner börjat vara en praktisk lösning för att realisera den optiska förstärkningsfunktionen hos TFLN-plattformar, och sällsynta jordartsmetalljondopade optiskt pumpade mikrolasrar har experimentellt demonstrerats. Jondopade lasrar med sällsynta jordartsmetaller har fördelarna med bred bandbredd, polarisationsokänslighet, hög tillämpbar temperatur och god kompatibilitet. Dessutom är jondopade lasrar med sällsynta jordartsmetaller mer lovande när det gäller att uppnå hög effekt, lägeslåst drift och koherenta strålkombinationer. Men för närvarande pumpas alla sällsynta jordartsmetaller jondopade TFLN-lasrar optiskt av externa lasrar anslutna med optiska fibrer, vilket hindrar utvecklingen av integrerad fotonik på TFLN.
Nyligen demonstrerades en kompakt hybridlitiumniobat-mikroringlaser av prof. Cheng Yas team vid East China Normal University. Figur 1 visar ett schematiskt diagram av den föreslagna kompakta hybridlitiumniobatmikroringlasern pumpad av en halvledarlaser, som består av en kommersiellt tillgänglig CoS-förpackad halvledarlaser och en hög-Q Er3 plus-dopad mikroring. Inriktningen mellan mikroringens ingångsport och utgångsporten på det CoS-inkapslade halvledarlaserröret uppnås av ett {{10}}-axelinriktningssystem med en justerbar noggrannhet på 10 nm, som i sväng möjliggör effektiv optisk koppling. För att uppnå en stabil och tät bindning appliceras UV-lim med en dispenser och de två chipsen fixeras med UV-bestrålning. Nyckeln till detta arbete är att den Er3 plus-dopade mikroringen har ett högt Q-värde vid halvledarlaserns pumpvåglängd. Som visas i fig. 2 är mittvåglängden för halvledarens pumplaser 976,24 nm, och vid denna våglängd är mikroringens Q-värde 7,3×105. Centrumvåglängden för lasern som produceras av den Er3 plus-dopade mikroringen under pumpljuset är 1531,27 nm, och laserns linjebredd är 0,05 nm, och singelmodslaseremissionen kan tillskrivas den modberoende förlusten och vinna konkurrens. Dessutom är linjebredden för den emitterade lasern två storleksordningar smalare än linjebredden för pumpljuset som genereras av den CoS-förpackade halvledarlasern.
Fig. 1. (a) Schematiskt diagram av en kompakt hybridlitiumniobat-mikroringlaser bestående av en CoS-förpackad halvledarlaser och en hög-Q Er:TFLN mikroringlaser. (b) Ovanifrån av den kompakta hybridlitiumniobatmikroringlasern. (c) Närbildsfoto under optiskt mikroskop av gränssnittet mellan den CoS-inkapslade halvledarlasern och Er:TFLN-mikroringen.
Fig. 2. (a) Q för mikroringen vid 976 nm är 7,3 × 105. (b) Q för mikroringen vid 1531 nm är 1,85 × 105. (c) Spektrum nära mittvåglängden för halvledarlasern. (d) Spektrum nära våglängden för den Er3 plus-dopade mikroringen som avger en enkelfrekvenslaser vid 1531,27 nm med en linjebredd på 0,05 nm.
Detta arbete utforskar en kraftfull hybrid litiumniobat mikroringlaserkälla som har potentiella tillämpningar inom koherent optisk kommunikation och precisionsmätning, och resultaten publiceras online i OpticsLetters.
