Minijaturizirani i visokoučinkoviti srednje infracrveni laseri bili su u središtu istraživanja u srednjem infracrvenom području posljednjih godina, a od velike su važnosti u srednje infracrvenom spektroskopskom otkrivanju, ultraosjetljivom molekularnom daljinskom očitavanju i praćenju okoliša u stvarnom vremenu. Srednje infracrveni laseri na čipu temeljeni na nelinearnoj pretvorbi frekvencije smatraju se jednim od rješenja koja najviše obećavaju za minijaturizirane srednje infracrvene lasere osim kvantnih kaskadnih lasera zbog njihove sposobnosti postizanja ultraširokopojasnog spektralnog izlaza i pobude ultrakratkim impulsom. Međutim, trenutna istraživanja ove vrste lasera srednjeg infracrvenog spektra uglavnom su usredotočena na platforme nelinearnih valovoda trećeg reda temeljene na siliciju, germaniju itd., koje često zahtijevaju složenu i finu modulaciju disperzije valovoda i minijaturne rezonantne šupljine s faktorima visoke kvalitete da bi se ostvarile visokoučinkovit srednji infracrveni laserski izlaz. Stoga je potraga za jednostavnom i učinkovitom generacijom srednjeg infracrvenog lasera na čipu koja se temelji na nelinearnoj pretvorbi frekvencije tehnički izazov koji treba hitno riješiti.
Na temelju gore navedenih glavnih potreba i izazova, tim Liang Houkuna sa Fakulteta elektronike i informacijske tehnologije Sveučilišta Sichuan, zajedno s timom Yang Huana sa Tehnološkog sveučilišta Shenzhen, po prvi su put uspješno realizirali integraciju dvolomnih kristala na čipu, na temelju vodećeg načela da je "nelinearni odziv materijala drugog reda puno veći od nelinearnog odgovora trećeg reda", i u kombinaciji s postojećim zrelim tehnologijama, kao što je spajanje pločica, optičko poliranje i izravno lasersko pisanje, razviti visokoučinkoviti dvolomni kristal na čipu. Kombinacijom postojećih zrelih tehnologija kao što su spajanje pločica, optičko poliranje i lasersko izravno pisanje, po prvi smo put uspješno realizirali integraciju dvolomnih kristala na čipu i razvili novu platformu valovoda srednjeg infracrvenog spektra temeljenu na nelinearnoj pretvorbi frekvencije. Kroz dizajn veličine valovoda, temeljen na dvolomnom usklađivanju faza, ostvaren je širokopojasni visokoučinkoviti širokopojasni podesivi laser srednje infracrvene duljine s niskim pragom, koji poboljšava kvantnu učinkovitost pretvorbe za dva reda veličine do 74% u usporedbi s tradicionalni jednoprolazni izvor svjetlosti s nelinearnom frekvencijskom pretvorbom temeljen na masovnom kristalu i smanjuje postojeći prag generiranja lasera srednjeg infracrvenog zračenja za jedan red veličine. Ovaj rad daje novi smjer istraživanja za generiranje srednje infracrvenih lasera visoke učinkovitosti sljedeće generacije i povoljan vodič za minijaturizaciju drugih dvolomnih kristala. Članak je objavljen kao Visoko učinkovita dugovalna infracrvena generacija raspona oktave s kvantnom učinkovitošću od 74% u χ(2) valovodu objavljena je u Nature Communications.
Liang Houkunov tim sa Sveučilišta Sichuan postigao je značajan napredak u proučavanju novih infracrvenih lasera na čipu.
Dijagram toka izrade valovoda
Dijagram uređaja i izlazne karakteristike lasera
Ovaj rad daje novi smjer istraživanja za generiranje srednje infracrvenih lasera visoke učinkovitosti sljedeće generacije, a također pruža povoljne smjernice za minijaturizaciju drugih dvolomnih kristala.
