中大新聞網(wǎng)訊（通訊員張斌）近日，中山大學(xué)電子與信息工程學(xué)院、光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李朝暉教授、張斌副教授團(tuán)隊(duì)在自主開(kāi)發(fā)的新型硫系集成光子平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了大帶寬可調(diào)諧的拉曼激光器，研究成果發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域國(guó)際知名期刊Laser & Photonics Review。
片上集成激光光源具有低成本、低功耗、小體積的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于精密測(cè)量、光譜學(xué)、分子探測(cè)等領(lǐng)域。因此，實(shí)現(xiàn)大帶寬、可調(diào)諧的片上集成激光器是集成光子學(xué)領(lǐng)域的不懈追求?；诩晒怆娮有酒钠侠す馄骺捎行У脑黾蝇F(xiàn)有片上激光器的波長(zhǎng)范圍和可調(diào)諧性，但是目前片上集成拉曼激光器的可調(diào)諧帶寬和激光特性仍然受限于材料平臺(tái)性能和不明晰的動(dòng)力學(xué)物理機(jī)制。
圖1. 大帶寬、可調(diào)諧片上集成硫系拉曼激光器示意圖
針對(duì)上述問(wèn)題，李朝暉教授、張斌副教授團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)了GeSbS硫系玻璃的片上集成光子平臺(tái)，該平臺(tái)具有低損耗、高光學(xué)非線(xiàn)性和高拉曼增益、可實(shí)現(xiàn)靈活的色散調(diào)控、硅基片上集成等特點(diǎn)，非常適合于實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的片上拉曼激光器。本工作中，他們首次提出通過(guò)合理設(shè)計(jì)片上器件的結(jié)構(gòu)能夠有效的改變片上集成器件的群速度色散，進(jìn)而對(duì)集成微腔中拉曼效應(yīng)和克爾非線(xiàn)性的相互作用進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控，能夠在不同的結(jié)構(gòu)中分別實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)拉曼激光器和寬帶克爾-拉曼光頻梳，如圖1(a)所示。他們通過(guò)半導(dǎo)體加工工藝精確制備器件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)群速度色散靈活調(diào)控，獲得了級(jí)聯(lián)拉曼激光和寬帶拉曼-克爾頻率梳的靈活切換輸出。實(shí)驗(yàn)中，他們制備兩種不同結(jié)構(gòu)的高品質(zhì)硫系集成微環(huán)腔，在結(jié)構(gòu)i中實(shí)現(xiàn)了級(jí)聯(lián)拉曼激光輸出，其閾值低至3.5毫瓦，在結(jié)構(gòu)ii中實(shí)現(xiàn)了寬帶的拉曼-克爾頻率梳，其輸出帶寬超過(guò)200納米。他們還進(jìn)一步建立理論仿真模型對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬，進(jìn)一步從理論上驗(yàn)證了該理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，如圖2所示。
圖2 不同結(jié)構(gòu)中的片上集成拉曼激光輸出譜。(a)-(e) 高品質(zhì)硫系微環(huán)腔。(f) 級(jí)聯(lián)拉曼激光輸出。(g) 寬帶拉曼-克爾頻率梳輸出。
相關(guān)工作以“Engineered Raman Lasing in Photonic Integrated Chalcogenide Microresonators”為題，于2022年1月30日在線(xiàn)發(fā)表于Laser & Photonics Review。該工作由中山大學(xué)為完成單位，中山大學(xué)李朝暉教授團(tuán)隊(duì)的博士生夏迪和碩士生黃譽(yù)斐為共同第一作者，張斌副教授和李朝暉教授為共同通訊作者。該研究得到了科技部變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng) (2019YFA0706301), 科技部寬帶通信和新型網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)(2018YFB1801003), 國(guó)家自然科學(xué)基金 (U2001601, 61975242, 61525502, 11974234, 62035018), 廣東省重大科技專(zhuān)項(xiàng) (2019A1515010774)等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/lpor.202100443
