Come complemento ai chip fotonici a base di silicio, Il film sottile di niobato di litio (LNOI) è diventato un hotspot di ricerca nel campo dell'integrazione optoelettronica grazie alle sue eccezionali caratteristiche non lineari, elettro-ottico, acusto-ottico, piezoelettrico e altre proprietà fisiche. Moltiplicatori di frequenza integrati su chip, modulatori, e sono stati sviluppati filtri basati su film sottili di niobato di litio, ma la sorgente luminosa a banda di comunicazione integrata su chip ha ancora urgente bisogno di sviluppo. Recentemente, ricercatori della Shanghai Jiao Tong University hanno riferito pubblicamente per la prima volta di aver progettato, fabbricato, e realizzato l'uscita laser di una microcavità su un chip di niobato di litio su un LNOI drogato con erbio auto-sviluppato.

Il risonatore a microdisk in modalità galleria sussurrante ha dimensioni ridotte e un fattore di alta qualità. Selezionando una sorgente di pompaggio adatta e progettando e fabbricando con cura il microdisco LNOI, l'uscita laser integrata in banda C al niobato di litio su chip è stata ottenuta. I risultati della ricerca erano intitolati "Laser a microcavità al niobato di litio drogato con erbio su chip" e pubblicati il ​​30 ottobre, 2020, in Scienza Cina Fisica, Meccanica e Astronomia come l'articolo di copertina del volume 64, Numero 3. I professori Yuping Chen e Xianfeng Chen della Shanghai Jiao Tong University sono gli autori corrispondenti.

Come sappiamo tutti, il sistema di livello energetico degli ioni di erbio di terre rare può soddisfare le condizioni di radiazione laser nella banda di comunicazione. In precedenza, laser e amplificatori drogati con ioni di terre rare potevano essere realizzati e applicati efficacemente solo in fibre ottiche e film di silice. Finora, ci sono solo pochi rapporti di ricerca sui film sottili di niobato di litio drogato con erbio, e l'uscita di fluorescenza è ottenibile solo a basse concentrazioni di drogaggio ma con scarsa uniformità mediante impiantazione ionica e metodi di diffusione termica.

Scoprendo questi problemi negli ultimi due anni, i ricercatori hanno abbandonato l'impianto ionico e i metodi di diffusione termica, e ha scelto di drogare gli ioni di erbio durante la crescita dei cristalli di niobato di litio, con l'obiettivo di risolvere i problemi di concentrazione e uniformità di niobato di litio drogato con erbio. Di conseguenza, I film sottili di niobato di litio sono stati realizzati tramite il processo smart-cut. Questi processi sono stati completati attraverso la cooperazione con Shanghai Daheng Optical and Fine Mechanics Co., Ltd. e Jinan Jingzheng Electronics Co., Ltd.. Il film di niobato di litio drogato con erbio preparato con questo metodo ha una distribuzione uniforme di ioni di erbio e soddisfa i requisiti di sviluppo dei laser su chip.

Successivamente, i ricercatori hanno utilizzato un metodo di incisione a fascio ionico focalizzato (FIB) per fabbricare un risonatore a microdisco su un film di niobato di litio drogato con erbio Z-cut dello spessore di 600 nm. La luce della pompa in banda 980 nm e 1480 nm è stata utilizzata e accoppiata tramite una fibra rastremata. L'uscita laser nella banda di comunicazione era evidente sotto queste due pompe.

Questo risultato della ricerca realizza la sorgente luminosa integrata nella banda di comunicazione del chip al niobato di litio, che è di grande importanza per l'integrazione efficiente della sorgente luminosa su chip e dei vari dispositivi funzionali del materiale a film sottile di niobato di litio in futuro.