小型化高效率中紅外激光器是近些年中紅外領(lǐng)域的研究重點(diǎn),其在中紅外光譜探測、超靈敏分子遙感、環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測等應(yīng)用方面意義重大。基于非線性頻率轉(zhuǎn)換的片上中紅外激光器因其可實(shí)現(xiàn)超寬帶光譜輸出、超短脈沖激射而被認(rèn)為是除量子級(jí)聯(lián)激光器外小型化中紅外激光的最有前景的解決方案之一。然而目前該類型中紅外激光器的研究主要集中于基于硅、鍺等材料的三階非線性波導(dǎo)平臺(tái)上,其往往需要復(fù)雜精細(xì)的波導(dǎo)色散調(diào)控、高品質(zhì)因數(shù)的微型諧振腔來實(shí)現(xiàn)較高效率的中紅外激光輸出。因此尋求簡單高效的基于非線性頻率轉(zhuǎn)換的片上中紅外激光產(chǎn)生是亟待解決的一項(xiàng)技術(shù)難題。
基于以上重大需求和挑戰(zhàn),四川大學(xué)電子信息學(xué)院梁厚昆團(tuán)隊(duì)聯(lián)合深圳技術(shù)大學(xué)楊煥團(tuán)隊(duì),基于“材料二階非線性響應(yīng)遠(yuǎn)大于三階非線性響應(yīng)”的指導(dǎo)思想,結(jié)合晶圓鍵合、光學(xué)拋磨、激光直寫等現(xiàn)有成熟技術(shù),首次成功實(shí)現(xiàn)將雙折射晶體進(jìn)行片上集成,開發(fā)了一種全新的基于非線性頻率轉(zhuǎn)換的中紅外波導(dǎo)平臺(tái)。通過波導(dǎo)尺寸設(shè)計(jì),基于雙折相位匹配,實(shí)現(xiàn)了低閾值、高效率可寬帶調(diào)諧的長波長中紅外激光,相比于傳統(tǒng)基于塊狀晶體的單通非線性頻率轉(zhuǎn)換光源而言,其量子轉(zhuǎn)換效率提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí),高達(dá)74%,并將現(xiàn)有中紅外激光產(chǎn)生閾值降低了一個(gè)量級(jí)。該工作為下一代高效率中紅外激光產(chǎn)生提供的新的研究方向,也為其他雙折射晶體小型化提供了有利的指導(dǎo)。文章以Highly efficient octave-spanning long-wavelength infrared generation with a 74% quantum efficiency in a χ(2) waveguide為題發(fā)表在Nature Communications.
波導(dǎo)制作流程圖
裝置圖和輸出激光特性圖
該工作為下一代高效率中紅外激光產(chǎn)生提供的新的研究方向,也為其他雙折射晶體小型化提供了有利的指導(dǎo)。
審核編輯:黃飛
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原文標(biāo)題:四川大學(xué)梁厚昆團(tuán)隊(duì)在新型片上中紅外激光器的研究方面取得重要進(jìn)展
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