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铌酸锂/二氧化硅复合微盘腔

光学微腔是微纳光源、光放大器、光开关、光调制器和滤波器等微纳光子学元器件与集成光学器件的基础。二氧化硅微腔具有高的品质因子但电、光主动调控性能较差。晶体光学微腔具有很好的电、光主动调控性能,但由于受到晶体材料化学性质稳定和各向异性性质的限制,高品质因子晶体光学微腔的批量制备存在很大的困难,同时由于折射率失配等原因,晶体光学微腔与光纤之间的光耦合效率低。因此,具有良好主动调控性能和光耦合效率的高品质因子光学微腔的批量制备是光学、光子学和材料科学领域一个亟待解决的问题。南开大学张国权教授和薄方副教授课题组、孔勇发教授、许京军教授等与美国圣路易斯华盛顿大学杨兰教授课题组合作,采用激光脉冲沉积技术在二氧化硅反楔形盘形微腔上生长铌酸锂薄膜的方法,成功地实现了品质因子达十万以上铌酸锂/二氧化硅复合微腔的批量制备,该复合微腔结合了铌酸锂的主动调控特性和二氧化硅微腔的高品质因子优势,具有远优于二氧化硅微盘腔的全光与电光调控特性。


铌酸锂/二氧化硅复合微盘腔

为了使铌酸锂薄膜厚度均匀且表面光滑,研究人员采用了一种具有特殊几何构型的反楔形二氧化硅微盘腔,该腔具有面积较大的平整光滑的上表面,从而避免了由离子入射角度不同和基底不光滑所导致的薄膜质量降低,保证了高品质因子铌酸锂/二氧化硅复合微腔的获得。与纯铌酸锂晶体微腔相比,由于复合微腔某些本征模式的有效折射率与锥形光纤中光波导模式的有效折射率接近,复合微腔与锥形光纤之间的光耦合效率可达95%以上。同时,由于铌酸锂薄膜的引入,复合微腔具有优于纯二氧化硅微盘腔的电、光主动调控特性。研究人员利用454nm激光泵浦和外加电场偏压,成功实现复合微腔共振特性的全光调控和电光调控。这种用于制备铌酸锂/二氧化硅复合微腔的工艺同样也适用于其他化学性质稳定、不易刻蚀的晶体和金属材料微腔的制备。相关工作发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201504722)上。


2015/12/30





铌酸锂/二氧化硅复合微盘腔

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