近日，南開大學(xué)薄方教授課題組在 《Advanced Photonics 》發(fā)表了題為“Advances in lithium niobate thin film lasers and amplifiers”文章，文中提出，鈮酸鋰（LN）薄膜因其豐富而出色的電光特性而作為集成光子平臺(tái)受到廣泛關(guān)注，基于該特性，電光調(diào)制器和非線性波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器等各種功能光子器件的性能令人印象深刻。作為集成光子系統(tǒng)的重要組成部分，期待已久的LN薄膜平臺(tái)上的激光器和放大器最近取得了一系列突破和重要進(jìn)展。
文章綜述了在鈮酸鋰薄膜平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)激光器和放大器的研究進(jìn)展，具體介紹了基于稀土元素?fù)诫s的LN薄膜光泵浦激光器和放大器的研究進(jìn)展，討論了當(dāng)前發(fā)展的一些重要參數(shù)和現(xiàn)有限制。此外，還總結(jié)了電泵浦激光器和放大器在LN薄膜平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)方案和研究進(jìn)展，分析了光泵浦和電泵浦LN薄膜光源的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，展望了LN薄膜激光器和放大器以及其他片上功能器件的應(yīng)用。文章鏈接：https://www.researching.cn/articles/OJ3b4774dd8af924d9“人類正在進(jìn)入”鈮酸鋰谷”的時(shí)代”，“鈮酸鋰對(duì)于光子學(xué)的意義，等同于硅對(duì)于電子學(xué)的意義”，作為我國(guó)新材料和光芯片的彎道超車的關(guān)鍵要素，被稱作“光學(xué)硅”材料的鈮酸鋰晶體成為了光子時(shí)代的頂梁柱，為集成光子學(xué)的發(fā)展提供戰(zhàn)略性基礎(chǔ)支撐。鈮酸鋰是一種人工晶體，它是一種鈮、鋰、氧的化合物半導(dǎo)體材料，鈮酸鋰是目前發(fā)現(xiàn)的居里溫度最高的鐵電體，也是綜合光學(xué)性能最好的一種晶體。鈮酸鋰材料被人稱為光子時(shí)代的“光學(xué)硅”材料，被廣泛的應(yīng)用于高性能濾波器、電光器件、全息存儲(chǔ)、3D 全息顯示、非線性光學(xué)器件、光量子通信等方面。作為集成光子系統(tǒng)的重要組成部分，基于鈮酸鋰薄膜的激光器和放大器研發(fā)也取得了一系列振奮人心的突破與進(jìn)展。該文章總結(jié)了三種將稀土元素?fù)诫s到鈮酸鋰晶體中的方案。第一種是用直拉法生長(zhǎng)LN晶體時(shí)加入稀土氧化物進(jìn)行摻雜，得到離子濃度均勻的LN單晶；第二種方法是熱擴(kuò)散法，主要通過(guò)稀土離子層的真空沉積，然后通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散進(jìn)行選擇性摻雜，由于稀土元素的擴(kuò)散速率低，擴(kuò)散溫度必須接近LN的居里溫度，需要擴(kuò)散時(shí)間長(zhǎng)達(dá)41h，擴(kuò)散時(shí)間還取決于LN襯底的晶相；第三種方法是通過(guò)離子注入用稀土元素?fù)诫sLN晶體，在室溫下，離子通過(guò)范德格拉夫加速器或晶體管加速器加速到百萬(wàn)電子伏特能量，并植入LN晶體中。稀土離子摻雜鈮酸鋰晶體的方法及其對(duì)應(yīng)的濃度分布示意圖以上三種摻雜方法都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展后相對(duì)成熟的技術(shù)，但它們也有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。例如，與擴(kuò)散和離子注入摻雜相比，晶體生長(zhǎng)摻雜可以獲得高摻雜濃度和更均勻的離子分布，因此在實(shí)現(xiàn)高功率和低傳輸損耗激光器和放大器方面具有廣闊的前景。緊接著，文中分析了WGMs微激光器的閾值和轉(zhuǎn)換效率等重要參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上，介紹了稀土元素?fù)诫sLNOI平臺(tái)上微盤、微環(huán)和單模激光器的研究進(jìn)展。同時(shí)，綜述了稀土元素?fù)诫sLNOI放大器的研究，還討論了當(dāng)前光泵浦激光器和放大器的局限性和改進(jìn)措施。另一方面，在LNOI電泵浦III-V族激光器和放大器部分，詳細(xì)介紹了將III-V族增益材料引入當(dāng)前集成光子學(xué)平臺(tái)的幾種主流機(jī)制，即混合集成、異質(zhì)集成和微轉(zhuǎn)印打印，綜述了LNOI電泵浦III-V族激光器及放大器的研究進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，深入探討了目前實(shí)現(xiàn)電泵浦激光器和放大器的限制和改進(jìn)方案，然后討論了實(shí)現(xiàn)LNOI激光器和放大器的兩種途徑的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，作者設(shè)想了基于LNOI的光源與其他基于器件的優(yōu)秀LN薄膜平臺(tái)相結(jié)合的應(yīng)用場(chǎng)景，如傳感、變頻和片上光通信。最后，如上圖所示，作者展示了LN薄膜平臺(tái)上幾個(gè)集成多功能光子電路的設(shè)想示意圖，包括集成激光器、放大器、變頻器、電光調(diào)制器、光電探測(cè)器和其他關(guān)鍵器件。這些集成光子芯片將有利于光通信、激光雷達(dá)、量子傳感、信息處理等領(lǐng)域。未來(lái)，高度集成的多功能LNOI芯片有望走出實(shí)驗(yàn)室，并帶來(lái)更多的實(shí)際應(yīng)用。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
