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  • 1Institute of Physics, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland.

Nature
|March 16, 2023
PubMed
Resumen

Los investigadores desarrollaron un láser híbrido de nitruro de silicio y niobato de litio para aplicaciones de frecuencia ágil y ancho de línea estrecho. Este láser integrado permite un ajuste rápido y demuestra el potencial para el alcance óptico coherente, avanzando en los circuitos integrados fotónicos.

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Área de la Ciencia:

  • Fotónica y óptica integrada
  • Ciencias de los materiales
  • Eléctro-óptica

Sus antecedentes:

  • El niobato de litio de película delgada (LiNbO3) en el aislante ha permitido circuitos integrados fotónicos avanzados, moduladores y dispositivos electroópticos.
  • Si bien existen láseres integrados sintonizables basados en LiNbO, lograr un rendimiento ágil de frecuencia y ancho de línea estrecha sigue siendo un desafío.
  • Los métodos de integración existentes a menudo implican el ensamblaje a nivel de fragmentos, lo que puede introducir pérdidas y complejidad.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar un láser integrado de ancho de línea estrecho y ágil en frecuencia utilizando una plataforma fotónica híbrida de nitruro de silicio (Si3N4) - LiNbO3.
  • Demostrar las capacidades de esta plataforma híbrida para aplicaciones como el alcance coherente del láser.
  • Para superar las limitaciones de los láseres sintonizables anteriores basados en LiNbO3 mediante la mejora de la velocidad de sintonización y el mantenimiento de un ancho de línea estrecho.

Principales métodos:

  • Integración heterogénea de circuitos integrados fotónicos de pérdida ultra baja de Si3N4 con LiNbO3 de película delgada a través de la unión directa a nivel de oblea.
  • Lograr el láser de ancho de línea estrecha (ancho de línea intrínseco de 3 kHz) mediante el bloqueo de autoinyección a un diodo láser.
  • Utilizando el modo de resonador híbrido para la sintonización de frecuencia electro-óptica rápida (12 × 10 15 Hz/s), lineal y de baja histéresis.

Principales resultados:

  • Se ha demostrado una plataforma híbrida Si3N4-LiNbO3 con baja pérdida de propagación (8,5 dB/m).
  • Logrado láser de ancho de línea estrecha con una velocidad de afinación electro-óptica rápida.
  • Se realizó con éxito un experimento de prueba de concepto de alcance óptico coherente (FMCW LiDAR) utilizando el láser híbrido integrado.

Conclusiones:

  • La plataforma híbrida Si3N4-LiNbO3 combina efectivamente las ventajas de ambos materiales para dispositivos fotónicos avanzados.
  • Esta plataforma láser integrada ofrece un potencial significativo para aplicaciones que requieren un ajuste rápido y un ancho de línea estrecho, como el LiDAR coherente.
  • El enlace directo a nivel de obleas proporciona un enfoque de integración superior en comparación con los métodos a nivel de chips para lograr circuitos fotónicos de alto rendimiento.