Estructura tridimensional del acoplador de borde cortado en X, que consta de una guía de ondas de SiO2 suspendida y un SSC de tres capas. Crédito:Liu et al., Advanced Photonics Nexus (2022). DOI 10.1117/1.APN.1.1.016001
El niobato de litio de película delgada (TFLN) ha surgido recientemente como una plataforma nanofotónica versátil. Con las ventajas del alto confinamiento óptico, la interacción luz-materia mejorada y el control de dispersión flexible, los dispositivos de niobito de litio (PPLN) con polos periódicos basados en TFLN superan a sus contrapartes heredadas tanto en eficiencia óptica no lineal como en huella del dispositivo.
Un desafío importante de los dispositivos PPLN basados en TFLN es cómo lograr un acoplamiento fuera del chip eficiente y de banda ancha. Debido a la falta de un esquema de acoplamiento de banda ancha eficiente, las eficiencias normalizadas (fibra a fibra) de la generación de segundo armónico (SGH) global y en el chip son demasiado bajas para muchas aplicaciones prácticas de dispositivos PPLN basados en TFLN. Hasta la fecha, es posible lograr una alta eficiencia de acoplamiento en la banda C, pero hasta ahora no se ha desarrollado un acoplador de borde eficiente que pueda cubrir longitudes de onda del infrarrojo cercano (~1550 nm) y del visible cercano (~775 nm). .
Como se informó en Advanced Photonics Nexus , investigadores de la Universidad Sun Yat-sen y la Universidad de Nanjing han diseñado y fabricado un acoplador de borde TFLN eficiente y de banda ultraancha. Descubrieron que el acoplador de dos capas convencional no funciona bien en la banda de 775 nm, debido a la falta de coincidencia del índice de refracción entre la guía de ondas del revestimiento y la estructura del convertidor de tamaño de punto (SSC).
Para abordar este problema, diseñaron un acoplador eficiente que funciona tanto a 1550 nm como a 775 nm. Consiste en un SiO2 suspendido guía de ondas con brazos de soporte y un SSC de tres capas, incluidos los conos de capa superior, media e inferior. La luz de la fibra con lente se acopla al SiO2 guía de onda, y luego se transfiere a las guías de onda TFLN-rib a través del SSC. El SSC de tres capas resuelve el problema de acoplamiento de la estructura convencional del acoplador de dos capas en longitudes de onda cortas. La pérdida de acoplamiento medida es de 1 dB/faceta a 1550 nm y de 3 dB/faceta a 775 nm.
(a) La distribución simulada de los modos TE00 de 1550 nm y 775 nm en diferentes secciones transversales del acoplador; modo de propagación simulado en el acoplador diseñado en longitudes de onda (b) 1550 nm y (c) 775 nm. Crédito:Liu et al., Advanced Photonics Nexus (2022). DOI 10.1117/1.APN.1.1.016001.
El trabajo también demuestra las ventajas del acoplador diseñado en aplicaciones no lineales. Logran una eficiencia normalizada de SGH general récord con un esquema de acoplamiento de fibra a chip y una alta eficiencia de segundo armónico correspondiente en el chip. En comparación con los dispositivos de última generación, se informa que la eficiencia general normalizada es mayor en dos o tres órdenes de magnitud.
El autor principal Xinlun Cai, profesor de la Facultad de Electrónica y Tecnología de la Información de la Universidad Sun Yat-sen, comenta:"La mayor eficiencia de fibra a fibra SHG es un aspecto crítico de casi todas las demostraciones fotónicas. Es de particular importancia para no lineales y chips fotónicos cuánticos, que a menudo se promocionan como apropiados para su uso en sistemas fotónicos de próxima generación, pero sufren pérdidas de acoplamiento muy altas". El equipo prevé que su trabajo ampliará las aplicaciones prácticas de los dispositivos PPLN basados en TFLN. Modulación acústico-óptica de alta eficiencia mediante guías de ondas híbridas de niobato-calcogenuro de litio de película delgada no suspendida
