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飞秒激光写入的Tm3?:YAG晶体中凹陷包层波导2×2、1×2及3×3定向耦合器
摘要： 基于离子掺杂晶体的紧凑型分束耦合器件在经典与量子集成光子学领域具有广泛应用前景。本研究通过飞秒激光直写技术在Tm3?:YAG晶体中制备了凹陷包层波导二维2×2、1×2及三维3×3定向耦合器。810纳米波长下的性能测试表明：这些耦合器具有单模传输特性、偏振不敏感特性以及精确匹配的分光比。该成果为晶体中三维电路与器件的优质制备开辟了新途径。
关键词： 晶体，飞秒激光写入，定向耦合器，凹陷包层波导，集成光子学，钇铝石榴石，量子存储器
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019年欧洲激光与电光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年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 通过亚纳秒飞秒脉冲串在碲酸盐玻璃中刻写波导以增加折射率对比度
摘要： 介电玻璃和晶体中波导的飞秒激光直写（FLDW）技术是制造紧凑型激光源、光学传感器、芯片实验室及量子计算光学芯片的公认方法[1]。该技术的主要瓶颈在于：受FLDW特性限制，波导芯层与包层间的折射率对比度Δn制约了光路集成度和光学芯片元件数量的提升。折射率调制不足也导致凹陷包层波导因模式泄漏而难以应用于中红外波段[2]。迄今获得的最大折射率变化源于磷酸盐玻璃在激光写入热效应下的离子迁移，其值高达+0.03[3]。我们最新研究发现：稀疏效应与电子激发的协同作用可在石英玻璃和蓝宝石的激光改性区域产生增强型负折射率变化[4]，该效果通过亚纳秒量级的飞秒脉冲串实现。本文报道采用指数衰减脉冲串（单脉冲间隔10 ps）在70TeO2-22WO3-8Bi2O3玻璃中直写的低损耗高对比度波导。在1030 nm波长下刻写的14道平行低折射率轨道构成凹陷包层波导（图1(a)）。常规脉冲在该玻璃中产生的最大Δn为-0.002[2]。图1(c)展示了不同脉冲串能量与间隔参数下的折射率变化分布，当参数优化时，脉冲串可形成平滑的负折射率轨道，其幅度较常规脉冲提升3倍。10 ps脉冲间隔时获得最大Δn值。除增强折射率变化外，脉冲串刻写的轨道横截面积更小——相同能量下轨道高度至少降低3倍（图1(a)(b)）。我们认为这种增强效应源于峰值脉冲强度降低导致的能量沉积强局域化，从而避免了破坏性克尔自聚焦。该FLDW新技术为凹陷包层波导的辐射限域和确定性结构刻写开辟了道路，预计将显著提升波导非线性并拓展至中红外应用。
关键词： 亚纳秒脉冲、碲酸盐玻璃、凹陷包层波导、折射率对比度、飞秒激光直写
更新于2025-09-12 10:27:22