リチウムニオバート統合光学を用いた超高速調節レーザー

科学分野:

• フォトニクスと統合光学
• 材料科学
• 電気光学

背景:

• 薄膜リチウムニオバート (LiNbO₃) は,断熱器上で高度な光子統合回路,調節器,および電気光学デバイスを可能にしました.
• LiNbO₃に基づく調整可能な統合レーザーが存在しますが,周波数敏捷で狭い線幅の性能を達成することは依然として課題です.
• 既存の統合方法は,しばしばチップレベルでの組み立てを含み,損失と複雑性を導入することができます.

研究 の 目的:

• Si₃N₄-LiNbO₃のハイブリッド光子プラットフォームを使用して,周波数敏捷で狭い線幅の統合レーザーを開発する.
• このハイブリッド・プラットフォームの能力を実証する. 例えば,コヒーレントレーザー・レンジング.
• 調整速度を改善し,狭いライン幅を維持することによって,以前のLiNbO₃ベースの調整可能なレーザーの制限を克服する.

主な方法:

• 超低損失Si₃N₄の光子集積回路と薄膜LiNbO₃を直接のウェーファーレベルの結合で統合する.
• レーザーダイオードへの自己注入ロックにより,狭い線幅レーシング (3 kHz 本来の線幅) を達成します.
• ハイブリッド共振器モードを使用し,高速 (12 × 10¹⁵ Hz/s),線形,低ヒステレス電気光学周波数調節を行う.

主要な成果:

• ハイブリッドのSi₃N₄-LiNbO₃プラットフォームを低伝播損失 (8.5dB/m) で実証した.
• 狭い線幅のレーザーを高速の電気光学調節率で達成した.
• ハイブリッド・インテグレーテッド・レーザーを用いたコンセプト証明型コヒーレント・オプティカル・レンジング (FMCW LiDAR) 実験を成功させた.

結論:

• ハイブリッドのSi₃N₄-LiNbO₃プラットフォームは,高度な光子装置のための両方の材料の利点を効果的に組み合わせています.
• この統合されたレーザープラットフォームは,コヒーレントなLiDARのような,迅速なチューニングと狭いライン幅を必要とするアプリケーションに重要な可能性を秘めています.
• ウェイファーレベルの直接結合は,高性能の光子回路を達成するためのチップレベルの方法と比較して優れた統合アプローチを提供します.