Миниатюризираните и високоефективни лазери със среден инфрачервен диапазон бяха в центъра на изследванията в областта на средния инфрачервен диапазон през последните години, които са от голямо значение за спектроскопското откриване на средния инфрачервен диапазон, ултрачувствителното молекулярно дистанционно наблюдение и наблюдението на околната среда в реално време. Вградените в чипа средноинфрачервени лазери, базирани на нелинейно честотно преобразуване, се считат за едно от най-обещаващите решения за миниатюризирани средни инфрачервени лазери освен квантовите каскадни лазери, поради способността им да постигат ултрашироколентов спектрален изход и ултракъсо импулсно възбуждане. Въпреки това, настоящите изследвания на този тип средно инфрачервени лазери се фокусират главно върху нелинейни вълноводни платформи от трети ред, базирани на силиций, германий и др., които често изискват сложна и фина вълноводна дисперсионна модулация и миниатюрни резонансни кухини с висококачествени фактори за реализиране високоефективен среден инфрачервен лазерен изход. Следователно търсенето на просто и ефективно лазерно генериране на среден инфрачервен лазер на чип, базирано на нелинейно преобразуване на честотата, е техническо предизвикателство, което трябва да бъде решено спешно.
Въз основа на горепосочените основни нужди и предизвикателства, екипът на Liang Houkun от Училището по електроника и информационни технологии на университета в Съчуан, заедно с екипа на Yang Huan от технологичния университет в Шенжен, успешно реализираха интеграция на двупречупващи кристали в чип за първи път, въз основа на водещия принцип, че „нелинейният отговор от втори ред на материала е много по-голям от нелинейния отговор от трети ред“ и комбиниран със съществуващите зрели технологии, като свързване на вафли, оптично полиране и лазерно директно писане, за разработете вграден двупречупващ кристал с висока ефективност. Чрез комбиниране на съществуващите зрели технологии като свързване на пластини, оптично полиране и лазерно директно писане, ние успешно реализирахме интегрирането на двойнопречупващи кристали в чип за първи път и разработихме нова вълноводна платформа със среден инфрачервен диапазон, базирана на нелинейно преобразуване на честотата. Чрез дизайна на размера на вълновода, базиран на фазово съвпадение на двойно пречупване, се реализира нископрагов, високоефективен широколентов регулируем средноинфрачервен лазер с дълга дължина на вълната, който подобрява ефективността на квантовото преобразуване с два порядъка до 74% в сравнение с традиционен еднопроходен светлинен източник с нелинейно преобразуване на честотата, базиран на масивен кристал, и намалява съществуващия праг на средно инфрачервено лазерно генериране с един порядък. Тази работа предоставя нова изследователска насока за високоефективно средно инфрачервено лазерно генериране от следващо поколение и благоприятно ръководство за миниатюризация на други двупречупващи кристали. Статията е публикувана като високоефективно генериране на инфрачервени лъчи с дълга дължина на вълната с октава и 74% квантова ефективност във вълновод χ(2) е публикувано в Nature Communications.
Екипът на Liang Houkun в университета в Съчуан постигна значителен напредък в изследването на нови лазери със средна инфрачервена светлина върху чип.
Блок-схема за производство на вълновод
Схема на устройството и характеристики на изходния лазер
Тази работа предоставя нова изследователска насока за високоефективно средно инфрачервено лазерно генериране от следващо поколение и също така предоставя благоприятни насоки за миниатюризация на други двупречупващи кристали.
