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上海光機所等提出高品質(zhì)鈮酸鋰微腔的制備新方案

Johnny 來源:上海光機所2015-04-08 我要評論(0 )   

高品質(zhì)回音壁模式光學微腔能夠顯著地增強光與物質(zhì)的相互作用,在低閾值的非線性光學、量子電動力學、光機械力學和生物傳感等領

       高品質(zhì)回音壁模式光學微腔能夠顯著地增強光與物質(zhì)的相互作用,在低閾值的非線性光學、量子電動力學、光機械力學和生物傳感等領域有廣泛的應用?;诮橘|(zhì)晶體襯底的回音壁模式光學微腔具有高非線性系數(shù)(二階或三階)、寬透明窗口、低本征吸收、幾乎沒有雜質(zhì)發(fā)光等獨特優(yōu)點,在構(gòu)建光學頻率梳、下一代的經(jīng)典或量子糾纏光源、量子信息處理芯片、便攜式可調(diào)諧光源等方面顯示出重要的科學意義和良好的商業(yè)前景。然而,利用現(xiàn)有的手工或機械拋光技術,難以在晶體芯片上獲得微米尺度的小尺寸高品質(zhì)光學微腔。 

  上海光機所強場激光物理國家重點實驗室林錦添等與浙江大學現(xiàn)代光學儀器國家重點實驗室合作,提出了一種基于飛秒激光直寫的晶體高品質(zhì)回音壁模式光學微腔的制備新方案[Sci. Rep. 5, 8072 (2015)]。該方案使用鈮酸鋰薄膜/二氧化硅/鈮酸鋰襯底的三明治結(jié)構(gòu)材料作為樣品(如圖1所示),通過水輔助的飛秒激光刻蝕,在樣品上制備微柱體;接著使用聚焦離子束(FIB)對微柱體的邊緣進行研磨,降低邊緣的粗糙度;為了擴大微腔與周圍環(huán)境的折射率差,將二氧化硅層腐蝕為小支柱,形成懸空的鈮酸鋰微盤;最后對微盤腔進行高溫處理。所制備的鈮酸鋰薄膜微腔如圖2(a)所示。經(jīng)測量,晶體微腔的品質(zhì)因子在1550 nm波段高達到2.5×105(見圖2(b))。利用單縱模的窄帶可調(diào)諧激光對該微腔進行泵浦,獲得了顯著的二次諧波信號,其歸一化轉(zhuǎn)換效率達到1.35×10-5/mW的[arXiv:1405.6473 (2014)]。圖2(c)顯示了產(chǎn)生紫色的二次諧波的微腔側(cè)面圖。 

  由于該制備技術,對晶體材料的性質(zhì)不敏感,有望在多種介質(zhì)晶體上制備高品質(zhì)的回音壁模式光學微腔,推動微腔在非線性光學、量子光學的應用。 

  該項研究得到了國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金等的支持。

 鈮酸鋰微腔制備流程[Sci. Rep. 5, 8072 (2015)] 

 2 (a)飛秒激光直寫制備的鈮酸鋰薄膜微腔(尺寸55 µm),插圖為側(cè)視圖,可見到懸空的區(qū)域,(b)品質(zhì)因子為2.5×105[Sci. Rep. 5, 8072 (2015)];(c)產(chǎn)生二次諧波(紫藍色光)的微腔的側(cè)視圖,(d)二次諧波的轉(zhuǎn)換效率為1.35×10-5/mW [arXiv:1405.6473 (2014)] 

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飛秒激光直寫制備薄膜微腔二次諧波
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