Miniatyriserade och högeffektiva mellaninfraröda lasrar har stått i fokus för forskningen inom det mellaninfraröda området de senaste åren, vilka är av stor betydelse för spektroskopisk detektion av mellaninfraröd, ultrakänslig molekylär fjärranalys och miljöövervakning i realtid. On-chip mellaninfraröda lasrar baserade på icke-linjär frekvensomvandling anses vara en av de mest lovande lösningarna för miniatyriserade mellaninfraröda lasrar förutom kvantkaskadlasrar på grund av deras förmåga att uppnå ultrabredbandsspektral uteffekt och ultrakort pulsexcitation. Den nuvarande forskningen om denna typ av mellaninfraröda lasrar fokuserar dock huvudsakligen på icke-linjära vågledarplattformar av tredje ordningen baserade på kisel, germanium, etc., som ofta kräver komplex och fin vågledardispersionsmodulering och miniatyrresonanshålrum med högkvalitativa faktorer för att realisera högeffektiv mellaninfraröd laserutgång. Därför är sökandet efter enkel och effektiv on-chip mellaninfraröd lasergenerering baserad på icke-linjär frekvensomvandling en teknisk utmaning som måste lösas omgående.
Baserat på ovanstående stora behov och utmaningar har Liang Houkuns team från School of Electronics and Information Technology vid Sichuan University, tillsammans med Yang Huans team från Shenzhen University of Technology, framgångsrikt realiserat on-chip integration av dubbelbrytande kristaller för första gången, baserad på den vägledande principen att "materialets andra ordningens olinjära respons är mycket större än den tredje ordningens olinjära responsen", och kombinerat med de befintliga mogna teknologierna, såsom wafer bonding, optisk polering och laser direktskrivning, för att utveckla en on-chip dubbelbrytande kristall med hög effektivitet. Genom att kombinera befintliga mogna teknologier som wafer bonding, optisk polering och laser direktskrivning, har vi framgångsrikt realiserat on-chip integrationen av dubbelbrytande kristaller för första gången och utvecklat en ny mid-infraröd vågledarplattform baserad på icke-linjär frekvensomvandling. Genom vågledarstorleksdesignen, baserad på dubbelbrytande fasmatchning, realiseras en lågtröskel, högeffektiv bredbandsavstämbar långvågig mellaninfraröd laser, vilket förbättrar kvantomvandlingseffektiviteten med två storleksordningar upp till 74 % jämfört med traditionell enkelpassage olinjär frekvensomvandlingsljuskälla baserad på en bulkkristall, och minskar den befintliga medelinfraröda lasergenereringströskeln med en storleksordning. Detta arbete ger en ny forskningsriktning för nästa generations högeffektiva mellaninfraröda lasergenerering och en fördelaktig guide för miniatyrisering av andra dubbelbrytande kristaller. Artikeln är publicerad som Högeffektiv oktavspännande långvågig infraröd generering med 74 % kvanteffektivitet i en χ(2) vågledare publicerades i Nature Communications.
Liang Houkuns team vid Sichuan University har gjort betydande framsteg i studiet av nya on-chip mellaninfraröda lasrar.
Flödesschema för tillverkning av vågledare
Enhetsdiagram och utdatalaseregenskaper
Detta arbete ger en ny forskningsriktning för nästa generations högeffektiva mellaninfraröda lasergenerering, och ger också gynnsam vägledning för miniatyrisering av andra dubbelbrytande kristaller.
