研究目的
研究一种高精度微调高性能铌酸锂光子集成电路的方法，该方法结合了钛扩散技术的低损耗特性与直接激光写入的被动永久微调技术。
研究成果
所提出的方法有效结合了钛离子扩散技术和直接激光写入的优势，实现了铌酸锂光子集成电路的精确微调，显著提升了消光比。该方法在量子密钥分发、精密传感和高保真信号处理应用中展现出良好前景。
研究不足
该方法在大规模生产中的适用性，以及其在成本和效率方面与其他修整方法的比较，都是进一步优化的潜在领域。
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[IEEE 2019欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 用于高精度微调高性能铌酸锂光子集成电路的附加光纤探针技术
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DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8873076
出版年份：2019
更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要：
铌酸锂（LN）是集成光学的基础材料，例如用于电光和声光调制器、开关、衍射光栅、非线性光学波长转换器等[1]?；贚N的离子交换或钛扩散接触式光刻技术虽已成熟，但光学元件的有限公差难以满足某些现代应用需求。例如高纯度抑制载流子合成或精密测量系统所需的高消光比脉冲生成，需要在器件上增设主动微调电极[2]及相应伺服回路。近期发展的飞秒/超快激光脉冲直接激光写入技术（DLW）[3]虽可解决该问题，但该方法不利于大规模生产，且会导致光波导产生较高插入损耗（钛扩散波导通常<0.1 dB/cm，而DLW波导约1 dB/cm）。我们提出了一种结合钛扩散技术低损耗特性与DLW被动永久微调的方法，其实施仅需廉价的商用设备，极具吸引力。该技术通过微加工波导顶部薄载流金属膜实现，基于等离激元极化子激发效率对金属膜厚度的依赖性。10 nm钛载流膜会增加额外插入损耗（约1 dB/mm）并改变波导有效折射率（约10-6至10-5量级）。该载流膜沉积于集成光学芯片最敏感区域（如X型定向耦合器和Y分支）。数纳米级膜厚允许采用较低激光强度进行局部烧蚀——使用掺铒光纤放大器的普通半导体泵浦激光器（978 nm），输出单模光纤作为探测头，其端面靠近芯片表面时，在500 mW激光功率下输出端光纤尖端光强可达1 kW/mm2。芯片固定在精密三轴平移台上以实现载流膜微加工的灵活操控，通过监测芯片输出端1550 nm光学信号实现在线微调控制。为验证该方法有效性，我们对马赫-曾德尔调制器的消光比ER（最大传输光功率与最小值之比）进行了调节——该参数高度依赖干涉仪双臂的精确功率平衡。实验证明ER可提升17 dB（从30 dB增至47 dB）。本研究成果可应用于量子密钥分发调制器、精密传感、高保真信号处理等领域。
作者：
Aleksandr Tronev，Mikhail Parfenov，Petr Agruzov，Igor Ilichev，Aleksandr Shamrai
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