发布时间:2021-04-01 阅读:1633
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