Lasers infravermelhos médios miniaturizados e de alta eficiência têm sido o foco de pesquisas no campo do infravermelho médio nos últimos anos, que são de grande importância na detecção espectroscópica de infravermelho médio, sensoriamento remoto molecular ultrassensível e monitoramento ambiental em tempo real. Os lasers infravermelhos médios no chip baseados na conversão de frequência não linear são considerados uma das soluções mais promissoras para lasers infravermelhos médios miniaturizados, além dos lasers em cascata quântica, devido à sua capacidade de obter saída espectral de banda ultralarga e excitação de pulso ultracurta. No entanto, a pesquisa atual sobre este tipo de laser infravermelho médio concentra-se principalmente em plataformas de guias de ondas não lineares de terceira ordem baseadas em silício, germânio, etc., que muitas vezes requerem modulação de dispersão de guia de ondas complexa e fina e cavidades ressonantes em miniatura com fatores de alta qualidade para realizar saída de laser infravermelho médio de alta eficiência. Portanto, a busca por geração de laser infravermelho médio simples e eficiente no chip com base na conversão de frequência não linear é um desafio técnico que precisa ser resolvido urgentemente.
Com base nas principais necessidades e desafios acima, a equipe de Liang Houkun da Escola de Eletrônica e Tecnologia da Informação da Universidade de Sichuan, juntamente com a equipe de Yang Huan da Universidade de Tecnologia de Shenzhen, realizaram com sucesso a integração de cristais birrefringentes no chip pela primeira vez, com base no princípio orientador de que "a resposta não linear de segunda ordem do material é muito maior do que a resposta não linear de terceira ordem", e combinada com as tecnologias maduras existentes, como ligação de wafer, polimento óptico e escrita direta a laser, para desenvolver um cristal birrefringente no chip com alta eficiência. Ao combinar as tecnologias maduras existentes, como ligação de wafer, polimento óptico e escrita direta a laser, realizamos com sucesso a integração de cristais birrefringentes no chip pela primeira vez e desenvolvemos uma nova plataforma de guia de ondas no infravermelho médio baseada na conversão de frequência não linear. Através do design do tamanho do guia de ondas, baseado na correspondência de fase birrefringente, é realizado um laser infravermelho médio de comprimento de onda longo sintonizável de banda larga de baixo limiar e alta eficiência, o que melhora a eficiência de conversão quântica em duas ordens de magnitude até 74% em comparação com o fonte de luz tradicional de conversão de frequência não linear de passagem única baseada em um cristal em massa e reduz o limite existente de geração de laser infravermelho médio em uma ordem de magnitude. Este trabalho fornece uma nova direção de pesquisa para a geração de laser infravermelho médio de alta eficiência de próxima geração e um guia favorável para a miniaturização de outros cristais birrefringentes. O artigo foi publicado como Geração infravermelha de comprimento de onda longo com extensão de oitava altamente eficiente e eficiência quântica de 74% em um guia de ondas χ (2) foi publicado na Nature Communications.
A equipe de Liang Houkun da Universidade de Sichuan fez progressos significativos no estudo de novos lasers infravermelhos médios no chip.
Fluxograma de fabricação de guia de ondas
Diagrama do dispositivo e características do laser de saída
Este trabalho fornece uma nova direção de pesquisa para a geração de laser infravermelho médio de alta eficiência de próxima geração e também fornece orientação favorável para a miniaturização de outros cristais birrefringentes.
