铌酸锂薄膜具有优异的电光和非线性光学性质，是集成光子学的重要基质材料。回音壁模式微腔是集成光路的重要组成部分，同时也是研究各种光学现象的理想平台。作为两者的重要结合，铌酸锂薄膜（LNOI）微盘腔具有重要的应用前景。LNOI微盘腔具有丰富繁多的模式分布，而对于微盘腔中特定的高阶或者低阶模式的主动选择，在滤波，传感，单模激光等方面具有重要的应用意义。

我们通过聚焦离子束直写的方法引入纳米尺寸缺陷结构，在LNOI微盘腔中实现了主动的模式选择。利用聚焦离子束具有容易操作和高分辨率的优势，通过精确地设计缺陷结构的尺寸和位置，实现了高阶模式或低阶模式的选择性激发。另一方面，通过对比表征有/无缺陷的LNOI微盘腔的透射谱和品质因子，进一步表明在实现主动模式选择的同时，并未显著降低LNOI微盘腔的品质因子。图1模拟了半径为25 µm的LNOI微盘腔1阶到6阶径向TE模式的电场强度分布，可以看出，模式阶数越高，电场强度最大值的位置越靠近微盘中心。因此在LNOI微盘表面引入纳米缺陷结构，使其作为一个强散射中心增加散射损耗来干扰相应的模式，进而抑制特定模式的激发，最终实现微腔中任意模式的主动选择。图2展示了带有不同位置和尺寸缺陷的LNOI微盘的透射谱，分别对应不同阶数的模式选择。样品S2去除了2,3,4阶模式保留了1阶，5阶和6阶模式；样品S3只保留了5阶和6阶模式；样品S4也只保留了5阶和6阶模式，但由于缺陷位置的不同，整个透射谱较S3更加稀疏。

该研究实现了片上铌酸锂微盘腔的主动模式选择，填补了铌酸锂材料微腔模式选择机制的空缺，进一步促进了铌酸锂基集成光路的发展研究。

图1：模拟得到不同径向阶的TE(q,m)模的模式分布

图2：(a)-(d)  LNOI微盘样品S1, S2, S3 和 S4的透射谱. (e)-(h)与透射谱相应的LNOI微盘样品的光学显微镜图像. (i) (a)-(d)中橙色区域的放大图。

该成果发表在”Shubin Su, Xiaona Ye, Shijie Liu, Yuanlin Zheng, Xianfeng Chen, Active mode selection by defects in lithium niobate on insulator microdisks, Optics Express, 29(8), 11885-11891 (2021) ”

论文链接：https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-8-11885&id=449779