Struttura tridimensionale dell'accoppiatore di bordo X-cut, costituito da una guida d'onda SiO2 sospesa e un SSC a tre strati. Credito:Liu et al., Advanced Photonics Nexus (2022). DOI 10.1117/1.APN.1.1.016001
Il niobato di litio a film sottile (TFLN) è recentemente emerso come una piattaforma nanofotonica versatile. Con i vantaggi dell'elevato confinamento ottico, dell'interazione luce-materia migliorata e del controllo flessibile della dispersione, i dispositivi al niobite di litio periodicamente polarizzati (PPLN) basati su TFLN superano le loro controparti legacy sia in termini di efficienza ottica non lineare che di ingombro del dispositivo.
Una delle principali sfide dei dispositivi PPLN basati su TFLN è come ottenere un accoppiamento off-chip efficiente ea banda larga. A causa della mancanza di uno schema di accoppiamento a banda larga efficiente, le efficienze normalizzate della generazione di seconda armonica (SGH) (da fibra a fibra) sono troppo basse per molte applicazioni pratiche dei dispositivi PPLN basati su TFLN. Ad oggi, è possibile ottenere un'elevata efficienza di accoppiamento in banda C, ma fino ad ora non è stato sviluppato un accoppiatore di bordo efficiente in grado di coprire le lunghezze d'onda del vicino infrarosso (~1550 nm) e del vicino visibile (~775 nm) .
Come riportato in Advanced Photonics Nexus , i ricercatori della Sun Yat-sen University e dell'Università di Nanchino hanno progettato e fabbricato un accoppiatore TFLN a banda ultralarga ed efficiente. Hanno scoperto che l'accoppiatore a due strati convenzionale non funziona bene nella banda di 775 nm, a causa della mancata corrispondenza dell'indice di rifrazione tra la guida d'onda del rivestimento e la struttura del convertitore di dimensioni spot (SSC).
Per risolvere questo problema, hanno progettato un accoppiatore efficiente che funziona sia a 1550 nm che a 775 nm. Consiste in un SiO2 sospeso guida d'onda con bracci di supporto e SSC a tre strati, inclusi conicità dello strato superiore, intermedio e inferiore. La luce della fibra con lenti è accoppiata al SiO2 guida d'onda, e quindi trasferito alle guide d'onda TFLN-rib attraverso l'SSC. L'SSC a tre strati risolve il problema dell'accoppiamento della struttura convenzionale dell'accoppiatore a due strati a lunghezze d'onda corte. La perdita di accoppiamento misurata è 1 dB/facet a 1550 nm e 3 dB/facet a 775 nm.
(a) la distribuzione simulata dei modi TE00 di 1550 nm e 775 nm a diverse sezioni trasversali dell'accoppiatore; propagazione in modalità simulata nell'accoppiatore progettato a lunghezze d'onda (b) 1550 nm e (c) 775 nm. Credito:Liu et al., Advanced Photonics Nexus (2022). DOI 10.1117/1.APN.1.1.016001.
Il lavoro dimostra anche i vantaggi dell'accoppiatore progettato nelle applicazioni non lineari. Raggiungono un'efficienza normalizzata SGH complessiva record con uno schema di accoppiamento fibra-chip e un'elevata efficienza della seconda armonica su chip corrispondente. Rispetto ai dispositivi all'avanguardia, l'efficienza normalizzata complessiva è maggiore di due o tre ordini di grandezza.
L'autore senior Xinlun Cai, professore presso la School of Electronics and Information Technology della Sun Yat-sen University, osserva:"L'aumento dell'efficienza SHG da fibra a fibra è un aspetto critico di quasi tutte le dimostrazioni fotoniche. È di particolare importanza per il non lineare e chip fotonici quantistici, che sono spesso pubblicizzati come appropriati per l'uso nei sistemi fotonici di prossima generazione, ma soffrono di perdite di accoppiamento molto elevate". Il team prevede che il loro lavoro amplierà le applicazioni pratiche dei dispositivi PPLN basati su TFLN. + Esplora ulteriormente
