Les couches minces de niobate de lithium (TFLN), avec les avantages significatifs d'une large fenêtre de transparence, d'un indice de réfraction élevé et de grands coefficients optiques acousto-optiques/électro-optiques/non linéaires, sont devenues une plate-forme matérielle prometteuse pour la fabrication de haute- dispositifs intégrés photoniques performants pour les applications classiques et quantiques, où des dispositifs photoniques, tels que des guides d'ondes à faible perte, des microrésonateurs de haute qualité, des modulateurs à grande vitesse et des convertisseurs de fréquence optique à haut rendement, ont maintenant été réalisés. Cependant, le niobate de lithium monocristallin manque de capacités de luminescence et de détection efficaces.
Récemment, les cristaux de niobate de lithium dopés avec des ions de terres rares ont commencé à être une solution pratique pour réaliser la fonction de gain optique des plates-formes TFLN, et des microlasers à pompage optique dopés aux ions de terres rares ont été démontrés expérimentalement. Les lasers dopés aux ions de terres rares présentent les avantages d'une large bande passante, d'une insensibilité à la polarisation, d'une température applicable élevée et d'une bonne compatibilité. De plus, les lasers dopés aux ions de terres rares sont plus prometteurs pour obtenir une puissance de sortie élevée, un fonctionnement à verrouillage de mode et des combinaisons de faisceaux cohérents. Cependant, actuellement, tous les lasers TFLN dopés aux ions terres rares sont pompés optiquement par des lasers externes connectés à l'aide de fibres optiques, ce qui freine le développement de la photonique intégrée sur les TFLN.
Récemment, l'équipe du professeur Cheng Ya à l'Université normale de Chine orientale a fait la démonstration d'un laser hybride compact à micro-anneaux au niobate de lithium. La figure 1 montre un diagramme schématique du laser hybride compact à micro-anneau en niobate de lithium proposé pompé par un laser à semi-conducteur, qui se compose d'un laser à semi-conducteur en boîtier CoS disponible dans le commerce et d'un micro-anneau dopé Er3 plus à Q élevé. L'alignement entre le port d'entrée du micro-anneau et le port de sortie du tube laser à semi-conducteur encapsulé CoS est réalisé par un système d'alignement d'axe {{10}} avec une précision réglable de 10 nm, qui en tour permet un couplage optique efficace. Pour obtenir une liaison stable et étanche, un adhésif UV est appliqué par un distributeur et les deux puces sont fixées par irradiation UV. La clé de ce travail est que le micro-anneau dopé Er3 plus a une valeur Q élevée à la longueur d'onde de pompe du laser à semi-conducteur. Comme le montre la figure 2, la longueur d'onde centrale du laser de pompe du semi-conducteur est de 976,24 nm et, à cette longueur d'onde, la valeur Q du micro-anneau est de 7,3 × 105. La longueur d'onde centrale du laser produit par le micro-anneau dopé Er3 plus sous la lumière de pompe est de 1531,27 nm, et la largeur de raie du laser est de 0,05 nm, et l'émission laser monomode est attribuable à la perte dépendante du mode et gagner de la concurrence. De plus, la largeur de raie du laser émis est de deux ordres de grandeur plus étroite que la largeur de raie de la lumière de pompage générée par le laser à semi-conducteur en boîtier CoS.
Fig. 1. (a) Schéma de principe d'un laser hybride compact à micro-anneaux au niobate de lithium composé d'un laser à semi-conducteur à boîtier CoS et d'un laser à micro-anneaux Q Er:TFLN élevé. (b) Vue de dessus du laser hybride compact à micro-anneaux au niobate de lithium. ( c ) Photo en gros plan au microscope optique de l'interface entre le laser à semi-conducteur encapsulé CoS et le micro-anneau Er: TFLN.
Fig. 2. (a) Q du micro-anneau à 976 nm est de 7,3 × 105. (b) Q du micro-anneau à 1531 nm est de 1,85 × 105. (c) Spectre près de la longueur d'onde centrale du laser à semi-conducteur. ( d ) Spectre proche de la longueur d'onde du micro-anneau dopé Er3 plus émettant un laser à fréquence unique à 1531, 27 nm avec une largeur de raie de 0, 05 nm.
Ce travail explore une puissante source laser hybride à micro-anneau de niobate de lithium qui a des applications potentielles dans les communications optiques cohérentes et la métrologie de précision, et les résultats sont publiés en ligne dans OpticsLetters.
