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oe1(光电查) - 科学论文

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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

    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。

    关键词： 修整、光子集成电路、集成光学、光纤探针、铌酸锂

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • [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）- 铌酸锂回音壁模式谐振器中的电光频率梳产生

    摘要： 光学频率梳（OFC）是一种光源，其光谱由光学域中等间距的频率线组成[1]。它们在提升大容量数据传输、全光原子钟、光谱学和高精度测量方面具有巨大潜力[2]。与传统的基于三阶非线性效应的OFC生成方法不同，我们提出了一种新方法，该方法基于铌酸锂（LN）制成的回音壁模式（WGM）谐振器中的二阶非线性效应[3,4]。我们的系统由一个谐振混合结构组成，该结构包含一个光学LN圆盘谐振器和一个微波铜腔。这种混合结构能够实现高效的光子非线性混频。在该方案中，两个连续波——一个在光学域（(cid:2033) = 193 THz），另一个在微波区域（Ω = 8.9 GHz）——在LN WGM谐振器内耦合[5]。LN的二阶非线性通过级联对称和频与差频生成实现频率梳的产生[6]。在我们的实验中，光学泵浦功率通过基于受抑全内反射的标准棱镜耦合方法耦合到WGM中（图1(a)）。微波功率通过同轴探针耦合，该探针连接到专门设计的3D铜腔，其微波腔共振频率等于LN谐振器的光学自由光谱范围，这是实现高效相位匹配所必需的。此外，腔体设计还通过将微波场限制在LN圆盘边缘，实现了微波模式与光学模式之间的良好空间重叠。在我们的概念验证实验中，仅使用20 dBm的微波功率，我们观察到一个中心频率为193.5 THz、跨度为1.6 THz的频率梳，包含超过180条梳线。与先前报道的OFC生成方案相比，该方法具有两大优势：固有相位稳定性和更高的功率效率。以调制器的π电压衡量的功率效率比商用Thorlabs调制器高出25倍。

    关键词： 二阶非线性、回音壁模式谐振器、电光频率梳生成、光学频率梳、铌酸锂

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 无需动量守恒的微尺度纠缠光子生成

    摘要： 我们首次报道了无相位匹配（动量守恒）的自发参量下转换（SPDC）现象的观测结果。通过利用位置-动量不确定关系并采用平面几何结构光源——6微米厚的铌酸锂层，我们消除了对动量守恒的需求。非相位匹配SPDC为研究基础量子效应开辟了新平台，同时也具有实际应用价值。超薄厚度使其频谱宽度比相位匹配SPDC宽一个数量级。由于能量守恒，强双光子关联特性依然得以保持，从而产生超短时间关联宽度和巨大频率纠缠。本研究可视为进入微纳尺度非线性量子光学新兴领域的初始探索。

    关键词： 量子光学、自发参量下转换、相位匹配、铌酸锂、频率纠缠、动量守恒

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • [IEEE 2019年第24届光电子与通信会议(OECC)暨2019年国际光子学在交换与计算会议(PSC) - 日本福冈 (2019.7.7-2019.7.11)] 2019年第24届光电子与通信会议(OECC)暨2019年国际光子学在交换与计算会议(PSC) - 用于5G移动系统的天线耦合电极电光调制器及28GHz频段光纤无线信号传输

    摘要： 使用新设计的天线耦合电极铌酸锂电光调制器，成功实现了从28 GHz频段无线信号到光信号的转换，并通过光纤进行传输。该调制器适用于5G移动前传的上行链路。

    关键词： 天线，5G移动系统，光调制器，铌酸锂，光纤无线通信，微波光子学

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • [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]。基于此高增益特性，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。

    关键词： 掺钕脊形波导激光器、铌酸锂、光子学应用、掺铒

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 铌酸锂微谐振器中低阈值、覆盖4/5倍频程的中红外频率梳

    摘要： 中红外（MIR）光学频率梳（OFC）是精密计量的理想光源，尤其在分子光谱和气体检测领域具有广泛应用前景。本研究提出通过优化铌酸锂（LiNbO?）微环中的狭缝波导设计来实现锁模MIR频率梳的产生。该微梳在仅50 mW泵浦功率下即可覆盖五分之四倍频程范围（2810-4630 nm），适用于实现2f-3f自参考全稳频，并有助于系统单片集成。对微梳产生复杂动力学过程的深入研究表明：通过适当色散调控引入额外频移，可利用自陡峭效应补偿三阶色散导致的内腔孤子漂移。该研究不仅推动了低阈值宽带MIR频率梳生成技术的发展，还为时域和频域上实现孤子微梳的精细调控提供了新途径。

    关键词： 中红外，高阶色散，自陡峭效应，铌酸锂，非线性光学

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 采用电光与全光单元的线性分组码编解码器设计

    摘要： 本文提出了一种采用光学技术实现线性分组码编解码器的新颖设计方案。该结构基于铌酸锂马赫-曾德尔干涉仪（LN-MZI）和以非线性材料MEH-PPV[聚(2-甲氧基-5-(2'-乙基己氧基)-PPV)]（等离激元）为基础的MZI（P-MZI）进行设计与仿真。所提出的LN-MZI设计具有高消光比（>35 dB）和低插入损耗（<0.095 dB）等优异参数，而P-MZI设计则具有紧凑结构（3,020–12,375 μm2）。文中对两种设计方法与其他早期设计方案进行了分析比较，每种设计均配有经过验证的数学模型，并计算了所提设计的对比度、幅度调制等其他性能参数。

    关键词： 电光效应、泡克耳斯效应、克尔效应、错误检测、校验子位、等离子体激元、马赫-曾德尔干涉仪、铌酸锂、奇偶校验、线性分组码

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 新兴波导技术 || 铌酸锂光学波导与微波导

    摘要： 自20世纪70年代以来，铌酸锂因其可通过电控方式调控光的特性而备受关注。本章回顾了铌酸锂电光波导数十年来的发展历程——从钛扩散波导到光子晶体。追求更小尺寸、更低光学损耗与功耗的电光元件激发了大量研究，其核心挑战在于实现强光场约束的同时保持低损耗。我们展示了波导如何向脊形或薄膜微结构演变以提升电光效率并降低驱动电压，特别聚焦于一种采用精密圆锯制备低损耗薄脊波导或悬浮膜层的简易工艺。

    关键词： 集成光学、光子学、光学梯度结冰、电光效应、铌酸锂

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 用于高效二次谐波生成的半非线性纳米光子波导

    摘要： 二次光学参量过程构成了经典与量子频率转换相关应用的基础，近年来在片上集成实现方面引起了显著关注。这些过程依赖于相互作用导模间的相位匹配，而折射率工程是实现这一目标的主要方法。遗憾的是，由于空间对称性的固有模态失配，目前已开发的模态相位匹配方法仅能产生效率较低的参量生成。本文提出了一种通用设计原理和操作方案，用于在集成光子平台上实现高效光学参量生成。通过打破器件光学非线性的空间对称性，非线性参量相互作用可得到显著增强?；诟迷?，我们设计并制备了异质氧化钛/铌酸锂纳米光波导，其理论归一化二次谐波转换效率高达2900% W?1 cm?2，实测效率达到650% W?1 cm?2，远超传统模态相位匹配方法的极限。与材料选择性的非线性畴工程不同，该操作原理可灵活应用于任何其他片上二次非线性平台，支持超高效率的光学参量生成。

    关键词： 铌酸锂、集成光子学、非线性光学、光学参量产生

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 静电场电光传感器

    摘要： 已开发出一种用于低频和直流电场E的传感器。该设备能够测量分辨率达??E = 4 (1) V/cm的电场，其基于Y切Z传铌酸锂电光晶体。针对特定商用裸晶，我们实现了电光信号在空气中的衰减时间常数?? c(air) =6.4(1.8) h，从而支持数小时的电场监测。作为应用实例，我们证实：当通过外部电极对装有Xe/He混合气体的特定球形玻璃容器施加恒定外电场Eext = 640 V/cm时，该容器内的电场衰减时间常数为??glass E = 2.5(5) h，这完全满足氙原子永久电偶极矩实验的需求。现已构建集成式电场传感器，该传感器通过光纤与光源及光探测器耦合，其传感器头部不含任何导电材料。

    关键词： 电场监测、静电场、电光传感器、铌酸锂

    更新于2025-09-11 14:15:04