Lasers sintonizables ultrarrápidos que utilizan fotónica integrada de niobato de litio

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.