小型化高效率中紅外激光器是近些年中紅外領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，其在中紅外光譜探測(cè)、超靈敏分子遙感、環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等應(yīng)用方面意義重大。基于非線性頻率轉(zhuǎn)換的片上中紅外激光器因其可實(shí)現(xiàn)超寬帶光譜輸出、超短脈沖激射而被認(rèn)為是除量子級(jí)聯(lián)激光器外小型化中紅外激光的最有前景的解決方案之一。然而目前該類型中紅外激光器的研究主要集中于基于硅、鍺等材料的三階非線性波導(dǎo)平臺(tái)上，其往往需要復(fù)雜精細(xì)的波導(dǎo)色散調(diào)控、高品質(zhì)因數(shù)的微型諧振腔來(lái)實(shí)現(xiàn)較高效率的中紅外激光輸出。因此尋求簡(jiǎn)單高效的基于非線性頻率轉(zhuǎn)換的片上中紅外激光產(chǎn)生是亟待解決的一項(xiàng)技術(shù)難題。

基于以上重大需求和挑戰(zhàn)，四川大學(xué)電子信息學(xué)院梁厚昆團(tuán)隊(duì)聯(lián)合深圳技術(shù)大學(xué)楊煥團(tuán)隊(duì)，基于“材料二階非線性響應(yīng)遠(yuǎn)大于三階非線性響應(yīng)”的指導(dǎo)思想，結(jié)合晶圓鍵合、光學(xué)拋磨、激光直寫等現(xiàn)有成熟技術(shù)，首次成功實(shí)現(xiàn)將雙折射晶體進(jìn)行片上集成，開(kāi)發(fā)了一種全新的基于非線性頻率轉(zhuǎn)換的中紅外波導(dǎo)平臺(tái)。通過(guò)波導(dǎo)尺寸設(shè)計(jì)，基于雙折相位匹配，實(shí)現(xiàn)了低閾值、高效率可寬帶調(diào)諧的長(zhǎng)波長(zhǎng)中紅外激光，相比于傳統(tǒng)基于塊狀晶體的單通非線性頻率轉(zhuǎn)換光源而言，其量子轉(zhuǎn)換效率提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，高達(dá)74％，并將現(xiàn)有中紅外激光產(chǎn)生閾值降低了一個(gè)量級(jí)。該工作為下一代高效率中紅外激光產(chǎn)生提供的新的研究方向，也為其他雙折射晶體小型化提供了有利的指導(dǎo)。文章以Highly efficient octave－spanning long－wavelength infrared generation with a 74％ quantum efficiency in a χ（2） waveguide為題發(fā)表在Nature Communications．

波導(dǎo)制作流程圖

裝置圖和輸出激光特性圖

該工作為下一代高效率中紅外激光產(chǎn)生提供的新的研究方向，也為其他雙折射晶體小型化提供了有利的指導(dǎo)。

審核編輯：黃飛