[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） - 高效铒和钕掺杂钛酸锂脊形波导激光器用于中红外光源开发

摘要： 铁电晶体铌酸锂（LiNbO3）因其优异的电光和非线性特性，成为多种光子学应用的理想材料。掺稀土元素LiNbO3的另一优势在于易于制备低损耗波导，从而推动了波导放大器和波导激光器的发展。过去，人们重点关注了在1.5微米通信波长范围（Er3+掺杂）和1.08微米（Nd3+掺杂）附近发射的光泵浦Er3+/Nd3+掺杂LiNbO3波导激光器研究。迄今已报道的Er/Nd掺杂LiNbO3条形波导激光器斜率效率分别达到30%[1]和40%[2]。但采用脊形波导结构可通过减小模场尺寸、提升多波长模式重叠度及降低光折变损伤，进一步提升激光性能。本研究报道了高效Er:及Nd:Ti:LiNbO3脊形波导放大器/激光器的新型制备方法[3,4]。通过金刚石刀切割定义脊形结构，结合三面Er/Nd/Ti沉积与扩散工艺（图1a），优化了掺杂浓度及模式重叠度。在1486纳米泵浦功率200毫瓦条件下，4.6厘米长Er:Ti:LiNbO3脊形波导测得3.0分贝/厘米的内增益[3]?；诖烁咴鲆嫣匦?，我们在1561纳米波长实现了33%斜率效率的激光输出（图1b）[3]。另演示了814纳米Ti:蓝宝石泵浦的Nd:Ti:LiNbO3脊形波导激光器，在1084.7纳米波长获得34%斜率效率（图1b）[4]。通过氧化铟锡（ITO）涂层增强抗光折变能力，在402毫瓦泵浦功率（对应~490千瓦/平方厘米光强）下实现了108毫瓦的稳定激光输出[4]。最新研究还展示了zx切LiNbO3中Ti扩散脊形波导的局部周期性极化新方法[5]，该方法可优化非线性光学应用（如准相位匹配差频生成）的波导几何结构。结合LiNbO3中高效Er/Nd掺杂脊形波导激光器与局部准相位匹配技术，有望在同一脊形波导中开发适用于气体传感等应用的中红外混合光子器件。