Miniaturisierte und hocheffiziente Mittelinfrarotlaser standen in den letzten Jahren im Mittelpunkt der Forschung im Mittelinfrarotbereich und sind von großer Bedeutung für die spektroskopische Detektion im mittleren Infrarot, die hochempfindliche molekulare Fernerkundung und die Echtzeit-Umweltüberwachung. On-Chip-Laser im mittleren Infrarotbereich, die auf nichtlinearer Frequenzumwandlung basieren, gelten neben Quantenkaskadenlasern als eine der vielversprechendsten Lösungen für miniaturisierte Laser im mittleren Infrarotbereich, da sie eine ultrabreitbandige spektrale Ausgabe und eine Anregung mit ultrakurzen Impulsen erzielen können. Die aktuelle Forschung zu dieser Art von Lasern im mittleren Infrarotbereich konzentriert sich jedoch hauptsächlich auf nichtlineare Wellenleiterplattformen dritter Ordnung auf Basis von Silizium, Germanium usw., für deren Realisierung häufig eine komplexe und feine Wellenleiterdispersionsmodulation und Miniaturresonanzhohlräume mit hohen Qualitätsfaktoren erforderlich sind Hocheffiziente Laserleistung im mittleren Infrarotbereich. Daher ist die Suche nach einer einfachen und effizienten On-Chip-Lasererzeugung im mittleren Infrarotbereich auf Basis nichtlinearer Frequenzumwandlung eine technische Herausforderung, die dringend gelöst werden muss.
Basierend auf den oben genannten großen Bedürfnissen und Herausforderungen ist es dem Team von Liang Houkun von der Fakultät für Elektronik und Informationstechnologie der Sichuan-Universität zusammen mit dem Team von Yang Huan von der Shenzhen University of Technology erstmals gelungen, die On-Chip-Integration doppelbrechender Kristalle erfolgreich zu realisieren. basierend auf dem Leitprinzip, dass „die nichtlineare Reaktion zweiter Ordnung des Materials viel größer ist als die nichtlineare Reaktion dritter Ordnung“ und mit den vorhandenen ausgereiften Technologien wie Waferbonden, optischem Polieren und Laserdirektschreiben kombiniert wird Entwicklung eines doppelbrechenden On-Chip-Kristalls mit hoher Effizienz. Durch die Kombination bestehender ausgereifter Technologien wie Waferbonden, optisches Polieren und Laserdirektschreiben ist es uns erstmals gelungen, doppelbrechende Kristalle auf dem Chip zu integrieren und eine neue Wellenleiterplattform für den mittleren Infrarotbereich zu entwickeln, die auf nichtlinearer Frequenzumwandlung basiert. Durch das Wellenleitergrößendesign, das auf doppelbrechender Phasenanpassung basiert, wird ein breitbandiger, abstimmbarer Langwellen-Mittelinfrarotlaser mit niedrigem Schwellenwert und hoher Effizienz realisiert, der die Quantenumwandlungseffizienz um zwei Größenordnungen bis zu 74 % im Vergleich zu verbessert Die herkömmliche Single-Pass-Lichtquelle mit nichtlinearer Frequenzumwandlung basiert auf einem massiven Kristall und reduziert die bestehende Schwelle für die Lasererzeugung im mittleren Infrarotbereich um eine Größenordnung. Diese Arbeit bietet eine neue Forschungsrichtung für die Erzeugung hocheffizienter Laser im mittleren Infrarotbereich der nächsten Generation und einen günstigen Leitfaden für die Miniaturisierung anderer doppelbrechender Kristalle. Der Artikel wurde unter dem Titel „Hocheffiziente oktavübergreifende Langwellen-Infraroterzeugung mit einer Quanteneffizienz von 74 % in einem χ(2)-Wellenleiter“ in Nature Communications veröffentlicht.
Das Team von Liang Houkun an der Sichuan-Universität hat bei der Erforschung neuartiger On-Chip-Laser im mittleren Infrarotbereich erhebliche Fortschritte gemacht.
Flussdiagramm zur Wellenleiterherstellung
Gerätediagramm und Ausgangslasereigenschaften
Diese Arbeit bietet eine neue Forschungsrichtung für die Erzeugung hocheffizienter Laser im mittleren Infrarotbereich der nächsten Generation und bietet auch günstige Leitlinien für die Miniaturisierung anderer doppelbrechender Kristalle.
