Tredimensionell struktur av X-cut kantkopplaren, bestående av en upphängd SiO2-vågledare och en trelagers SSC. Kredit:Liu et al., Advanced Photonics Nexus (2022). DOI 10.1117/1.APN.1.1.016001
Tunnfilmslitiumniobat (TFLN) har nyligen dykt upp som en mångsidig nanofotonisk plattform. Med fördelarna med hög optisk inneslutning, förbättrad ljus-materia-interaktion och flexibel spridningskontroll överträffar TFLN-baserade periodiskt polade litiumniobite-enheter (PPLN) sina gamla motsvarigheter både vad gäller icke-linjär optisk effektivitet och enhetsfotavtryck.
En stor utmaning för TFLN-baserade PPLN-enheter är hur man uppnår effektiv och bredbandig off-chip-koppling. På grund av avsaknaden av ett effektivt bredbandskopplingsschema är den totala och on-chip second-harmonic generation (SGH) normaliserade effektiviteten (fiber-till-fiber) för låga för många praktiska tillämpningar av TFLN-baserade PPLN-enheter. Hittills är det möjligt att uppnå hög kopplingseffektivitet vid C-bandet, men en effektiv kantkopplare som kan täcka både nära-infraröda (~1550 nm) och nära-synliga (~775 nm) våglängder har inte utvecklats förrän nu .
Som rapporterats i Advanced Photonics Nexus , har forskare från Sun Yat-sen University och Nanjing University designat och tillverkat en ultrabredbandig och effektiv TFLN-kantkopplare. De fann att den konventionella tvåskiktskopplaren inte fungerar bra i 775-nm-bandet, på grund av brytningsindexmissanpassningen mellan beklädnadsvågledaren och punktstorleksomvandlarens (SSC) struktur.
För att lösa detta problem designade de en effektiv koppling som fungerar vid både 1550 nm och 775 nm. Den består av en suspenderad SiO2 vågledare med stödarmar och en trelagers SSC, inklusive topp-, mellan- och bottenlagers koner. Ljuset från linsfiber kopplas in i SiO2 vågledare, och överförs sedan till TFLN-ribban-vågledarna genom SSC. Treskikts-SSC löser kopplingsproblemet för den konventionella tvåskiktskopplingsstrukturen vid korta våglängder. Den uppmätta kopplingsförlusten är 1 dB/facet vid 1550 nm och 3 dB/facet vid 775 nm.
(a) Den simulerade fördelningen av TE00-lägen på 1550 nm och 775 nm vid olika tvärsnitt av kopplaren; simulerad modutbredning i den designade kopplaren vid våglängderna (b) 1550 nm och (c) 775 nm. Kredit:Liu et al., Advanced Photonics Nexus (2022). DOI 10.1117/1.APN.1.1.016001.
Arbetet visar också fördelarna med den designade kopplaren i icke-linjära applikationer. De uppnår en rekordhög total SGH-normaliserad effektivitet med ett fiber-till-chip-kopplingsschema och en hög motsvarande on-chip andra övertonseffektivitet. Jämfört med de toppmoderna enheterna är den totala normaliserade effektiviteten enligt uppgift högre med två till tre storleksordningar.
Seniorförfattaren Xinlun Cai, professor vid Sun Yat-sen University's School of Electronics and Information Technology, säger:"Ökad fiber-till-fiber SHG-effektivitet är en kritisk aspekt av nästan alla fotonikdemonstrationer. Det är av särskild betydelse för icke-linjära och quantum photonic chips, som ofta framhålls som lämpliga för användning i nästa generations fotoniska system men lider av mycket höga kopplingsförluster." Teamet förväntar sig att deras arbete kommer att utöka praktiska tillämpningar av TFLN-baserade PPLN-enheter. + Utforska vidare
