Laser hồng ngoại giữa thu nhỏ và hiệu suất cao là trọng tâm nghiên cứu trong lĩnh vực hồng ngoại giữa trong những năm gần đây, có ý nghĩa lớn trong phát hiện quang phổ hồng ngoại giữa, viễn thám phân tử siêu nhạy và giám sát môi trường thời gian thực. Laser hồng ngoại giữa trên chip dựa trên chuyển đổi tần số phi tuyến được coi là một trong những giải pháp hứa hẹn nhất cho laser hồng ngoại trung thu nhỏ bên cạnh laser tầng lượng tử do khả năng đạt được đầu ra quang phổ siêu băng thông rộng và kích thích xung cực ngắn. Tuy nhiên, nghiên cứu hiện nay về loại laser hồng ngoại giữa này chủ yếu tập trung vào các nền tảng ống dẫn sóng phi tuyến bậc ba dựa trên silicon, germanium, v.v., thường yêu cầu điều chế phân tán ống dẫn sóng phức tạp và mịn cũng như các khoang cộng hưởng thu nhỏ với các yếu tố chất lượng cao để hiện thực hóa đầu ra laser hồng ngoại giữa hiệu quả cao. Do đó, việc tìm kiếm thế hệ laser hồng ngoại giữa trên chip đơn giản và hiệu quả dựa trên chuyển đổi tần số phi tuyến là một thách thức kỹ thuật cần được giải quyết khẩn cấp.
Dựa trên những nhu cầu và thách thức lớn nêu trên, nhóm của Liang Houkun từ Trường Điện tử và Công nghệ thông tin thuộc Đại học Tứ Xuyên, cùng với nhóm của Yang Huân từ Đại học Công nghệ Thâm Quyến, lần đầu tiên đã thực hiện thành công việc tích hợp các tinh thể lưỡng chiết trên chip, dựa trên nguyên tắc hướng dẫn rằng "phản ứng phi tuyến bậc hai của vật liệu lớn hơn nhiều so với phản ứng phi tuyến bậc ba" và kết hợp với các công nghệ hoàn thiện hiện có, chẳng hạn như liên kết wafer, đánh bóng quang học và viết trực tiếp bằng laser, để phát triển tinh thể lưỡng chiết trên chip với hiệu suất cao. Bằng cách kết hợp các công nghệ hoàn thiện hiện có như liên kết wafer, đánh bóng quang học và ghi trực tiếp bằng laser, lần đầu tiên chúng tôi đã thực hiện thành công việc tích hợp các tinh thể lưỡng chiết trên chip và phát triển nền tảng ống dẫn sóng hồng ngoại giữa mới dựa trên chuyển đổi tần số phi tuyến. Thông qua thiết kế kích thước ống dẫn sóng, dựa trên sự kết hợp pha lưỡng chiết, một tia laser hồng ngoại giữa bước sóng dài có thể điều chỉnh băng thông rộng có ngưỡng thấp, hiệu suất cao được tạo ra, giúp cải thiện hiệu suất chuyển đổi lượng tử lên tới 74% so với nguồn sáng chuyển đổi tần số phi tuyến một chiều truyền thống dựa trên tinh thể khối và giảm ngưỡng phát tia laser hồng ngoại trung hiện có xuống một bậc độ lớn. Công trình này cung cấp một hướng nghiên cứu mới cho việc tạo ra laser hồng ngoại trung bình hiệu suất cao thế hệ tiếp theo và một hướng dẫn thuận lợi cho việc thu nhỏ các tinh thể lưỡng chiết khác. Bài báo được xuất bản dưới dạng Thế hệ hồng ngoại bước sóng dài kéo dài quãng tám hiệu quả cao với hiệu suất lượng tử 74% trong ống dẫn sóng χ(2) đã được xuất bản trên tạp chí Nature Communications.
Nhóm của Liang Houkun tại Đại học Tứ Xuyên đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc nghiên cứu các tia laser hồng ngoại trung trung mới trên chip.
Sơ đồ chế tạo ống dẫn sóng
Sơ đồ thiết bị và đặc tính laser đầu ra
Công trình này cung cấp một hướng nghiên cứu mới cho việc tạo ra tia laser hồng ngoại trung bình hiệu suất cao thế hệ tiếp theo, đồng thời cung cấp hướng dẫn thuận lợi cho việc thu nhỏ các tinh thể lưỡng chiết khác.
