Dunne-film lithiumniobaat (TFLN) is onlangs naar voren gekomen als een veelzijdig nanofotonisch platform. Met de voordelen van hoge optische opsluiting, verbeterde licht-materie-interactie en flexibele dispersiecontrole, presteren op TFLN gebaseerde periodiek gepoolde lithiumniobiet (PPLN)-apparaten beter dan hun oudere tegenhangers in zowel niet-lineaire optische efficiëntie als apparaatvoetafdruk.

Een grote uitdaging van op TFLN gebaseerde PPLN-apparaten is het realiseren van een efficiënte en breedband off-chip koppeling. Vanwege het ontbreken van een efficiënt breedbandkoppelingsschema, zijn de algemene en on-chip tweede-harmonische generatie (SGH) genormaliseerde efficiëntie (fiber-to-fiber) te laag voor veel praktische toepassingen van op TFLN gebaseerde PPLN-apparaten. Tot op heden is het mogelijk om een ​​hoge koppelingsefficiëntie op de C-band te bereiken, maar een efficiënte edge coupler die zowel nabij-infrarood (~ 1550 nm) als bijna zichtbare (~ 775 nm) golflengten kan dekken, is tot nu toe niet ontwikkeld .

Zoals gemeld in Advanced Photonics Nexus , hebben onderzoekers van Sun Yat-sen University en Nanjing University een ultrabreedbandige en efficiënte TFLN-randkoppeling ontworpen en gefabriceerd. Ze ontdekten dat de conventionele tweelaagse koppelaar niet goed werkt in de 775 nm-band, vanwege de brekingsindex-mismatch tussen de mantelgolfgeleider en de spot size converter (SSC) structuur.

Om dit probleem aan te pakken, ontwierpen ze een efficiënte koppeling die werkt bij zowel 1550 nm als 775 nm. Het bestaat uit een hangende SiO₂ golfgeleider met draagarmen en een drielaagse SSC, inclusief taps toelopende top-, midden- en onderlaag. Het licht van glasvezel met een lens wordt gekoppeld aan de SiO₂ golfgeleider en vervolgens via de SSC overgebracht naar de TFLN-ribgolfgeleiders. De drielaagse SSC lost het koppelingsprobleem op van de conventionele tweelaagse koppelaarstructuur bij korte golflengten. Het gemeten koppelingsverlies is 1 dB/facet bij 1550 nm en 3 dB/facet bij 775 nm.

Het werk demonstreert ook de voordelen van de ontworpen koppeling in niet-lineaire toepassingen. Ze bereiken een recordhoge algemene SGH-genormaliseerde efficiëntie met een fiber-to-chip-koppelingsschema en een hoge overeenkomstige on-chip tweede harmonische efficiëntie. Vergeleken met de state-of-the-art apparaten is de algehele genormaliseerde efficiëntie naar verluidt twee tot drie ordes van grootte groter.

Senior auteur Xinlun Cai, professor aan de Sun Yat-sen University's School of Electronics and Information Technology, merkt op:"Verhoogde fiber-to-fiber SHG-efficiëntie is een cruciaal aspect van bijna alle fotonica-demonstraties. Het is van bijzonder belang voor niet-lineaire en kwantumfotonische chips, die vaak worden aangeprezen als geschikt voor gebruik in fotonische systemen van de volgende generatie, maar lijden aan zeer hoge koppelingsverliezen." Het team verwacht dat hun werk de praktische toepassingen van op TFLN gebaseerde PPLN-apparaten zal uitbreiden. + Verder verkennen

Zeer efficiënte akoesto-optische modulatie met behulp van niet-gesuspendeerde dunne-film lithiumniobaat-chalcogenide hybride golfgeleiders