Filmes finos de niobato de lítio (TFLN), com as vantagens significativas de ampla janela de transparência, alto índice de refração e grandes coeficientes acústico-ópticos/eletro-ópticos/ópticos não lineares, emergiram como uma plataforma de material promissora para a fabricação de filmes de alta qualidade. dispositivos integrados fotônicos de desempenho para aplicações clássicas e quânticas, onde dispositivos fotônicos, como guias de ondas de baixa perda, microrressonadores de alta qualidade, moduladores de alta velocidade e conversores de frequência óptica de alta eficiência, já foram realizados. No entanto, o niobato de lítio monocristal carece de luminescência efetiva e capacidades de detecção.
Recentemente, cristais de niobato de lítio dopados com íons de terras raras começaram a ser uma solução prática para realizar a função de ganho óptico de plataformas TFLN, e microlasers de bombeamento óptico dopados com íons de terras raras foram demonstrados experimentalmente. Os lasers dopados com íons de terras raras têm as vantagens de ampla largura de banda, insensibilidade à polarização, alta temperatura aplicável e boa compatibilidade. Além disso, os lasers dopados com íons de terras raras são mais promissores na obtenção de alta potência, operação de modo bloqueado e combinações de feixes coerentes. No entanto, atualmente, todos os lasers TFLN dopados com íons de terras raras são bombeados opticamente por lasers externos conectados por meio de fibras ópticas, o que dificulta o desenvolvimento de fotônica integrada em TFLNs.
Recentemente, um laser de micro-anel de niobato de lítio híbrido compacto foi demonstrado pela equipe do Prof. Cheng Ya na East China Normal University. A Figura 1 mostra um diagrama esquemático do laser de microanel de niobato de lítio híbrido compacto proposto bombeado por um laser semicondutor, que consiste em um laser semicondutor embalado com CoS disponível comercialmente e um microanel dopado com Er3 plus de alto Q. O alinhamento entre a porta de entrada do micro-anel e a porta de saída do tubo de laser semicondutor encapsulado em CoS é obtido por um sistema de alinhamento de eixo {{10}}com uma precisão ajustável de 10 nm, que em por sua vez permite um acoplamento óptico eficiente. Para obter uma ligação estável e firme, o adesivo UV é aplicado por um dispensador e os dois chips são fixados por irradiação UV. A chave para este trabalho é que o micro-anel dopado com Er3 plus tem um alto valor Q no comprimento de onda da bomba do laser semicondutor. Conforme mostrado na Fig. 2, o comprimento de onda central do laser da bomba do semicondutor é 976,24 nm e, nesse comprimento de onda, o valor Q do microanel é 7,3 × 105. O comprimento de onda central do laser produzido pelo micro-anel dopado com Er3 plus sob a luz da bomba é 1531,27 nm, e a largura de linha do laser é 0,05 nm, e a emissão do laser de modo único é atribuível à perda dependente do modo e ganhar competição. Além disso, a largura de linha do laser emitido é duas ordens de magnitude mais estreita do que a largura de linha da luz da bomba gerada pelo laser semicondutor encapsulado em CoS.
Fig. 1. (a) Diagrama esquemático de um laser de microanel de niobato de lítio híbrido compacto que consiste em um laser de semicondutor encapsulado em CoS e um laser de microanel de alto Q Er:TFLN. (b) Vista superior do laser de micro-anel de niobato de lítio híbrido compacto. (c) Foto aproximada sob microscópio óptico da interface entre o laser semicondutor encapsulado em CoS e o microanel Er:TFLN.
Fig. 2. (a) Q do micro-anel em 976 nm é 7,3 × 105. (b) Q do micro-anel em 1531 nm é 1,85 × 105. (c) Espectro próximo ao comprimento de onda central do laser semicondutor. (d) Espectro próximo ao comprimento de onda do micro-anel dopado com Er3 mais emitindo um laser de frequência única em 1531,27 nm com uma largura de linha de 0,05 nm.
Este trabalho explora uma poderosa fonte de laser de microanel híbrido de niobato de lítio que tem aplicações potenciais em comunicações ópticas coerentes e metrologia de precisão, e os resultados são publicados online em OpticsLetters.
