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leyu乐鱼网站登录-基于铌酸锂盒形微腔的中红外可调谐激光器

发布时间:2022-01-06 作者: leyu乐鱼网站登录

南京年夜学介电体超晶格尝试室的谢臻达传授、祝世宁院士课题组的贾琨鹏博士后和汪小涵博士等在光学微腔研究中获得主要冲破,以铌酸锂介电超晶格材料为根本,初次提出并尝试验证了称为盒形微腔的新型光学微腔构型。该微腔冲破了传统微腔对频率匹配的严酷限制,实现了宽带持续可调谐的微腔激光器,在中红外波段输出功率到达数百毫瓦,对高精度光谱学等利用具有主要意义。

高品质因子的光学微腔已成为最近几年来光学研究存眷的核心,此中的新型线性和非线性光学效应层见叠出,并有望发生一系列集成化光子器件,鞭策光学频率梳、高机能激光器等要害器件的机能晋升、小型化和财产利用。但是基在现有光学微腔尚不克不及知足某些现实利用的需求,例如光学微腔激光器遭到频率匹配的严酷限制,没法知足可调谐激光器对输出波长持续调谐的需求。解决上述问题需要摸索新的微腔几何构型,实现非严酷的频率匹配。

针对上述问题,南京年夜学团队研究人员设计了盒型微腔的新型几何布局,成长并完美了整套制备工艺,以铌酸锂介电体超晶格为根本,仅仅操纵机械抛光和光学镀膜的方式就实现了单波长共振的盒形微腔光参量振荡器。该盒形微腔具有接近铌酸锂材料接收极限的品质因子(Q=2.3×107)。经由过程改变盒形微腔两头面上的高反膜层参数,可以自由选择共振波长,从而打破了传统光学微腔对多波长耦合的频率选择限制,初次在光学微腔中实现了单共振光参量振荡,在中红外波段取得了227GHz的持续可调谐规模。同时得益在盒形微腔近材料极限的品质因子,该激光线宽仅为kHz级别,具有分辩份子原子邃密光谱布局的能力,研究人员成功将该光源用在低压甲烷气体的特点接收谱线丈量,与理论计较的接收谱线的比对精度到达了MHz级别,对鞭策高精度光谱学的外场摆设利用具有主要意义。

图(a-c)展现了铌酸锂介电超晶格盒形微腔的设计、制备和表征。盒形微腔采取法布里帕罗光腔布局,是以可以经由过程改变端面膜系来自由选择共振波长,实现中红外闲频光随近红外泵浦激光的快速持续调谐。铌酸锂介电超晶格材料以上下两层折射率略低的钽酸锂作为衬底,构成年夜模场波导布局,避免了在一般体块材猜中的衍射消耗。周详机械抛光包管了盒形微腔侧壁具有纳米级此外粗拙度,下降了光在微腔中的传输消耗,实现了接近铌酸锂材料接收极限的品质因子和较低的振荡阈值。图(d)展现了盒形微腔光参量振荡的功率调谐和波长调谐,中红外激光输出功率最高可达0.43W,波长粗调谐规模跨越600nm,无跳模调谐规模达227GHz。图(e)展现了低压甲烷中红外波段接收谱线的丈量成果,丈量规模达3.7cm-1,接收峰频率正确度方差达0.97MHz,实现了快速、高精度的丈量。

图.铌酸锂介电超晶格盒形微腔的(a)设计、(b)制备和(c)品质因子表征。(d)功率调谐测试、波长粗调谐测试、无跳模调谐测试。(e)低压甲烷接收谱线丈量。

该工作以"MidinfraredTunableLaserwithNoncriticalFrequencyMatchinginBoxResonatorGeometry"为题颁发在《PhysicalReviewLetters》上。南京年夜学博士后贾琨鹏和博士生汪小涵为该项功效的配合第一作者,南京年夜学谢臻达传授和祝世宁院士为配合通信作者。该研究获得了国度重点研发打算(2019YFA0705000,2017YFA0303700)、国度天然科学基金(51890861,11690031,11621091,11674169)、江苏省天然科学基金前沿手艺项目(BK20192001)和广东省重点研发打算(2018B030329001),广东省根本与利用根本研究重年夜项目和江苏省博士后科研帮助打算的帮助(2021K259B)。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.213902

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