Filmele subțiri de niobat de litiu (TFLN), cu avantajele semnificative ale ferestrei largi de transparență, indicelui de refracție ridicat și coeficienții optici acusto-optici/electro-optici/neliniari mari, au apărut ca o platformă de materiale promițătoare pentru fabricarea de Dispozitive integrate fotonice de performanță atât pentru aplicații clasice, cât și cuantice, în care acum au fost realizate dispozitive fotonice, cum ar fi ghiduri de undă cu pierderi reduse, microrezonatoare de înaltă calitate, modulatoare de mare viteză și convertoare optice de frecvență de înaltă eficiență. Cu toate acestea, niobatul de litiu monocristal nu are capacități eficiente de luminiscență și detecție.
Recent, cristalele de niobat de litiu dopate cu ioni de pământuri rare au început să fie o soluție practică pentru realizarea funcției de câștig optic a platformelor TFLN, iar microlaserele pompate optic dopate cu pământuri rare au fost demonstrate experimental. Laserele dopate cu ioni de pământ rari au avantajele unei lățimi de bandă largă, insensibilitate la polarizare, temperatură aplicabilă ridicată și compatibilitate bună. În plus, laserele dopate cu ioni de pământuri rare sunt mai promițătoare în obținerea de putere mare, funcționare blocată în mod și combinații coerente de fascicule. Cu toate acestea, în prezent, toate laserele TFLN dopate cu ioni de pământuri rare sunt pompate optic de lasere externe conectate folosind fibre optice, ceea ce împiedică dezvoltarea fotonicii integrate pe TFLN.
Recent, echipa Prof. Cheng Ya de la Universitatea Normală din China de Est a demonstrat un micro-inel laser cu niobat de litiu hibrid compact. Figura 1 prezintă o diagramă schematică a laserului cu micro-inel hibrid compact cu niobat de litiu, pompat de un laser semiconductor, care constă dintr-un laser semiconductor ambalat CoS disponibil comercial și un micro-inel dopat Er3 plus cu Q ridicată. Alinierea dintre portul de intrare al micro-ringului și portul de ieșire al tubului laser semiconductor încapsulat în CoS este realizată printr-un sistem de aliniere a axei {{1{0}}cu o precizie reglabilă de 10 nm, care în rotirea permite cuplarea optică eficientă. Pentru a obține o lipire stabilă și strânsă, adezivul UV este aplicat cu un dozator, iar cele două așchii sunt fixate prin iradiere UV. Cheia acestei lucrări este că micro-ringul dopat cu Er3 plus are o valoare Q mare la lungimea de undă a pompei laserului semiconductor. După cum se arată în Fig. 2, lungimea de undă centrală a laserului pompei semiconductorului este de 976,24 nm, iar la această lungime de undă, valoarea Q a micro-inelului este de 7,3×105. Lungimea de undă centrală a laserului produs de micro-inelul dopat Er3 plus sub lumina pompei este de 1531,27 nm, iar lățimea de linie a laserului este de 0,05 nm, iar emisia laser monomod este atribuită pierderii dependente de mod și câștiga concurență. În plus, lățimea de linie a laserului emis este cu două ordine de mărime mai îngustă decât lățimea de linie a luminii pompei generată de laserul semiconductor ambalat în CoS.
Fig. 1. (a) Diagrama schematică a unui laser cu micro-inel hibrid compact cu niobat de litiu constând dintr-un laser semiconductor ambalat în CoS și un laser cu micro-inel Er:TFLN de înaltă Q. (b) Vedere de sus a laserului compact cu niobat de litiu hibrid. (c) Fotografie de prim-plan sub microscop optic a interfeței dintre laserul semiconductor încapsulat în CoS și micro-inelul Er:TFLN.
Fig. 2. (a) Q al micro-inelului la 976 nm este 7,3 × 105. (b) Q al micro-inelului la 1531 nm este 1,85 × 105. (c) Spectrul aproape de lungimea de undă centrală a laserului semiconductor. (d) Spectrul aproape de lungimea de undă a micro-inelului dopat cu Er3 plus care emite un laser cu o singură frecvență la 1531,27 nm cu o lățime de linie de 0,05 nm.
Această lucrare explorează o sursă puternică de laser cu niobat de litiu hibrid puternic, care are aplicații potențiale în comunicațiile optice coerente și metrologia de precizie, iar rezultatele sunt publicate online în OpticsLetters.
