Litiumniobat-tynne filmer (TFLN), med de betydelige fordelene med bredt gjennomsiktighetsvindu, høy brytningsindeks og store akusto-optiske/elektro-optiske/ikke-lineære optiske koeffisienter, har dukket opp som en lovende materialplattform for fremstilling av høy- fotoniske integrerte ytelsesenheter for både klassiske og kvanteapplikasjoner, hvor fotonikkenheter, som lavtap-bølgeledere, høykvalitets mikroresonatorer, høyhastighetsmodulatorer og høyeffektive optiske frekvensomformere, nå er realisert. Imidlertid mangler enkeltkrystall litiumniobat effektive luminescens- og deteksjonsevner.
Nylig har litiumniobatkrystaller dopet med sjeldne jord-ioner begynt å være en praktisk løsning for å realisere den optiske forsterkningsfunksjonen til TFLN-plattformer, og sjeldne-jord-ion-dopet optisk pumpede mikrolasere har blitt eksperimentelt demonstrert. Ione-dopet lasere med sjeldne jordarter har fordelene med bred båndbredde, polarisasjonsufølsomhet, høy anvendelig temperatur og god kompatibilitet. I tillegg er ionedopede lasere med sjeldne jordarter mer lovende når det gjelder å oppnå høy effekt, moduslåst drift og koherente strålekombinasjoner. For øyeblikket pumpes imidlertid alle sjeldne jordarts-ion-dopede TFLN-lasere optisk av eksterne lasere koblet ved hjelp av optiske fibre, noe som hindrer utviklingen av integrert fotonikk på TFLN-er.
Nylig ble en kompakt hybrid litiumniobat mikroringlaser demonstrert av prof. Cheng Yas team ved East China Normal University. Figur 1 viser et skjematisk diagram av den foreslåtte kompakte hybrid litiumniobat mikroringlaseren pumpet av en halvlederlaser, som består av en kommersielt tilgjengelig CoS-pakket halvlederlaser og en høy-Q Er3 pluss-dopet mikroring. Justeringen mellom inngangsporten til mikroringen og utgangsporten til det CoS-innkapslede halvlederlaserrøret oppnås av et {{10}}-aksejusteringssystem med en justerbar nøyaktighet på 10 nm, som i sving muliggjør effektiv optisk kobling. For å oppnå stabil og tett liming påføres UV-lim med en dispenser og de to brikkene festes ved UV-bestråling. Nøkkelen til dette arbeidet er at den Er3 pluss-dopete mikroringen har en høy Q-verdi ved pumpebølgelengden til halvlederlaseren. Som vist i fig. 2 er senterbølgelengden til pumpelaseren til halvlederen 976,24 nm, og ved denne bølgelengden er Q-verdien til mikroringen 7,3×105. Senterbølgelengden til laseren produsert av den Er3 plus-dopete mikroringen under pumpelyset er 1531,27 nm, og linjebredden til laseren er 0,05 nm, og enkeltmodus-laserutslippet kan tilskrives det modusavhengige tapet og få konkurranse. I tillegg er linjebredden til den utsendte laseren to størrelsesordener smalere enn linjebredden til pumpelyset som genereres av den CoS-pakkede halvlederlaseren.
Fig. 1. (a) Skjematisk diagram av en kompakt hybrid litiumniobat mikroringlaser bestående av en CoS-pakket halvlederlaser og en høy-Q Er:TFLN mikroringlaser. (b) Sett ovenfra av den kompakte hybrid litiumniobat mikroringlaseren. (c) Nærbilde under optisk mikroskop av grensesnittet mellom den CoS-innkapslede halvlederlaseren og Er:TFLN-mikroringen.
Fig. 2. (a) Q til mikroringen ved 976 nm er 7,3 × 105. (b) Q til mikroringen ved 1531 nm er 1,85 × 105. (c) Spektrum nær senterbølgelengden til halvlederlaseren. (d) Spektrum nær bølgelengden til Er3 pluss-dopet mikroring som sender ut en enkeltfrekvenslaser ved 1531,27 nm med en linjebredde på 0,05 nm.
Dette arbeidet utforsker en kraftig hybrid litiumniobat mikroringlaserkilde som har potensielle anvendelser innen sammenhengende optisk kommunikasjon og presisjonsmetrologi, og resultatene er publisert online i OpticsLetters.
