跳转到主要内容

谢谢你访问nature.com。您使用的浏览器版本支持有限的CSS。为了获得最好的体验,我们建议您使用更最新的浏览器(Internet Explorer或关闭兼容性模式)。同时,为了确保继续支持,我们网站没有显示样式和JavaScript。

Photonic-circuit-integrated:钛蓝宝石激光器

文摘

紧凑的窄线宽激光可见关键组件光学传感、计量和通信,以及精密的原子和分子光谱。发射带宽接近一个八度,titanium-doped蓝宝石(Ti: Sa)激光关键工具生产固态激光在可见光和近红外波段;然而,今天的商业Ti: Sa激光系统需要高泵浦功率和依赖昂贵的桌面组件,这限制了他们实验室设置。在本文中,我们提出一个photonic-circuit-integrated Ti: Sa激光结合Ti: Sa增益介质silicon-nitride-on-sapphire集成光子学平台,从而以最小的能耗高的可移植性。我们证明Ti:股价从730纳米到830纳米激光严格限制泵和激光模式单一microring谐振器,减少数量级的激光阈值降至6.5兆瓦相比空间Ti: Sa激光。由于低阈值,交钥匙Ti: Sa激光操作是通过利用商用氮化铟镓二极管泵。我们的原型photonic-circuit-integrated Ti: Sa激光打开一个可靠的途径的下一代宽带可调谐激光active-passive-integrated可见光子。

这是一个预览的订阅内容,通过访问你的机构

访问选项

本文租或购买

价格不同的文章类型

1.95美元

39.95美元

价格可能受当地税收计算在结帐

图1:芯片集成Ti: Sa在SiN-on-sapphire光子激光系统平台。
图2:超低门槛光子电路集成Ti: Sa激光。
图3:综合Ti的工作原理:Sa激光和测量结果。
图4:外部反馈单模激光的光子电路与波长的选择。
图5:激光二极管抽运Ti: Sa。

数据可用性

支持本研究的调查结果的数据是可用的https://doi.org/10.5281/zenodo.7425191

代码的可用性

所有相关的计算机代码支持本研究可从相应的作者以合理的要求。

引用

  1. 默尔顿,p . Ti-doped蓝宝石:可调谐固体激光器。光学新闻89 (1982)。

    文章谷歌学术搜索

  2. 默尔顿光谱和激光的特点,Ti:2O3j .选择,Soc。点。B3,125 - 133 (1986)。

    文章广告谷歌学术搜索

  3. Fomichev, S。,Popruzhenko, S., Zaretsky, D. & Becker, W. Laser-induced nonlinear excitation of collective electron motion in a cluster.期刊。B363817 (2003)。

    文章广告谷歌学术搜索

  4. Ishii: et al . Carrier-envelope phase-dependent高谐波发生在水中窗口使用few-cycle红外脉冲。Commun Nat。51 - 6 (2014)。

    文章广告谷歌学术搜索

  5. Stobińska, m . et al .量子干涉使常量时间量子信息处理。科学。睡觉。5eaau9674 (2019)。

    文章广告谷歌学术搜索

  6. Popmintchev, d . et al .紫外线惊喜:高效的软x射线谐波代繁殖电离等离子体。科学350年,1225 - 1231 (2015)。

    文章广告MathSciNet谷歌学术搜索

  7. 救主,等。高分辨率激光共振的反质子在超流氦4他。自然603年,411 - 415 (2022)。

    文章广告谷歌学术搜索

  8. Ideguchi, t . et al .相干喇曼spectro-imaging激光频率梳。自然502年,355 - 358 (2013)。

    文章广告谷歌学术搜索

  9. Grinin, a . et al .双光子频率梳氢原子的光谱。科学370年,1061 - 1066 (2020)。

    文章广告谷歌学术搜索

  10. Kumagai, h . et al .消融聚合物薄膜的飞秒high-peak-power Ti:蓝宝石激光在798海里。达成。理论物理。列托人。65年,1850 - 1852 (1994)。

    文章广告谷歌学术搜索

  11. 科里,P。,Ferguson, A., White, J. & Amos, W. Application of a femtosecond self-sustaining mode-locked Ti:sapphire laser to the field of laser scanning confocal microscopy.选择量子电子。24,851 - 859 (1992)。

    文章谷歌学术搜索

  12. 康尼锡,k多光子显微镜在生命科学。j . Microsc。200年,83 - 104 (2000)。

    文章谷歌学术搜索

  13. 克莱恩,j . &卡夫卡,j . d .灵活的研究工具。Nat,光子。4,289 - 289 (2010)。

    文章谷歌学术搜索

  14. 拉波波特,w . & Khattak c·p·钛蓝宝石激光器特性。达成。选择。27,2677 - 2684 (1988)。

    文章广告谷歌学术搜索

  15. 斯宾塞,d, E。,Kean, P. N. & Sibbett, W. 60-fsec Pulse generation from a self-mode-locked Ti:sapphire laser.选择列托人。1642-44 (1991)。

    文章广告谷歌学术搜索

  16. 福捷,t . M。,巴特尔,。&Diddams, S. A. Octave-spanning Ti:sapphire laser with a repetition rate >1 GHz for optical frequency measurements and comparisons.选择列托人。31日,1011 - 1013 (2006)。

    文章广告谷歌学术搜索

  17. 巴特尔,。,Dekorsy, T. & Kurz, H. Femtosecond Ti:sapphire ring laser with a 2-GHz repetition rate and its application in time-resolved spectroscopy.选择列托人。24,996 - 998 (1999)。

    文章广告谷歌学术搜索

  18. 大厅,j·l·诺贝尔演讲:定义和测量光的频率。启Mod。物理。78年1279 (2006)。

    文章广告谷歌学术搜索

  19. 墙,k . f . &桑切斯,a .钛蓝宝石激光器。林肯。Lab. j。3,447 - 462 (1990)。

    谷歌学术搜索

  20. 希基,l . M。,Apostolopoulos, V., Eason, R. W., Wilkinson, J. S. & Anderson, A. A. Diffused Ti:sapphire channel-waveguide lasers.j .选择,Soc。点。B21,1452 - 1462 (2004)。

    文章广告谷歌学术搜索

  21. Pollnau m . et al . Ti:蓝宝石波导激光器。激光物理。列托人。4560 (2007)。

    文章广告谷歌学术搜索

  22. Grivas, c . et al .代multi-gigahertz火车相位相干的飞秒激光脉冲在Ti:蓝宝石波导。激光光子。牧师。12,1800167 (2018)。

    文章广告谷歌学术搜索

  23. Grivas C。,Corbari, C., Brambilla, G. & Lagoudakis, P. G. Tunable, continuous-wave Ti:sapphire channel waveguide lasers written by femtosecond and picosecond laser pulses.选择列托人。37,4630 - 4632 (2012)。

    文章广告谷歌学术搜索

  24. 吴,l . et al .增长和激光性能的Ti:蓝宝石单晶纤维。电子。列托人。31日,1151 - 1152 (1995)。

    文章广告谷歌学术搜索

  25. 杨,T.-T。等。广泛可调,25兆瓦电力、Ti:蓝宝石晶体光纤激光器。IEEE光子。抛光工艺。列托人。31日,1921 - 1924 (2019)。

    文章广告谷歌学术搜索

  26. 阿兹,f . et al .超低门槛titanium-doped蓝宝石回音廊激光。放置选择。板牙。10,2102137 (2022)。

    文章谷歌学术搜索

  27. 香,c . et al .高性能激光完全集成的氮化硅光子学。Commun Nat。12,1 - 8 (2021)。

    文章MathSciNet谷歌学术搜索

  28. 李:et al。单片集成掺铒CMOS-compatible硅光子学平台上可调谐激光器。选择快递。26,16200 - 16211 (2018)。

    文章广告谷歌学术搜索

  29. 刘,y . et al .光子集成对掺铒放大器。科学376年,1309 - 1313 (2022)。

    文章广告谷歌学术搜索

  30. 哈里森,J。雀,。,Rines, D. M., Rines, G. A. & Moulton, P. F. Low-threshold, CW, all-solid-state Ti:Al2O3激光。选择列托人。16,581 - 583 (1991)。

    文章广告谷歌学术搜索

  31. 王,研究所。et al。激光二极管抽运大厦Ti:蓝宝石晶体光纤激光器。选择列托人。41,3217 - 3220 (2016)。

    文章广告谷歌学术搜索

  32. 郭,X。,Zou, C.-L. & Tang, H. X. Second-harmonic generation in aluminum nitride microrings with 2500%/W conversion efficiency.视神经节3,1126 - 1131 (2016)。

    文章广告谷歌学术搜索

  33. Sorace-Agaskar, c . et al .多才多艺的氮化硅和氧化铝紫外线短波红外光子集成平台。IEEE j .选取。上面。量子电子。251 - 15,(2019)。

    文章谷歌学术搜索

  34. 困难,C。,Vahala, K. & Yariv, A. Measurement of the linewidth enhancement factorα半导体激光器。达成。理论物理。列托人。42,328 - 330 (1983)。

    文章广告谷歌学术搜索

  35. 斯蒂芬,G。Tam, T。,Blin, S., Besnard, P. & Têtu, M. Laser line shape and spectral density of frequency noise.理论物理。启一个71年043809 (2005)。

    文章广告谷歌学术搜索

  36. 休姆,J。,Doylend, J. & Bowers, J. Widely tunable Vernier ring laser on hybrid silicon.选择快递。21,19718 - 19722 (2013)。

    文章广告谷歌学术搜索

  37. Gorodetsky, m . L。,Pryamikov, A. D. & Ilchenko, V. S. Rayleigh scattering in high-Q microspheres.j .选择,Soc。点。B17,1051 - 1057 (2000)。

    文章广告谷歌学术搜索

  38. 带,m &布卢门撒尔,d . j .掺铒波导DBR和分布反馈激光器阵列集成在一个超低损耗Si3N4平台。选择快递。22,10655 - 10660 (2014)。

    文章广告谷歌学术搜索

  39. 沈,b . et al .交钥匙孤子microcombs集成。自然582年,365 - 369 (2020)。

    文章广告谷歌学术搜索

  40. 香,c . et al。激光孤子microcombs不同类地集成在硅。科学373年,99 - 103 (2021)。

    文章广告谷歌学术搜索

  41. Shtyrkova k . et al .集成CMOS-compatible q开关锁模激光器在1900 nm芯片上的人工饱和吸收体。选择快递。27,3542 - 3556 (2019)。

    文章广告谷歌学术搜索

  42. Desiatov B。,Shams-Ansari, A., Zhang, M., Wang, C. & Lončar, M. Ultra-low-loss integrated visible photonics using thin-film lithium niobate.视神经节6,380 - 384 (2019)。

    文章广告谷歌学术搜索

  43. 刘,x et al . Ultra-high-Q紫外线microring谐振器基于单个水晶平台。视神经节5,1279 - 1282 (2018)。

    文章广告谷歌学术搜索

  44. 荣格,h . et al . Tantala克尔非线性光子学集成。视神经节8,811 - 817 (2021)。

    文章广告谷歌学术搜索

  45. 泽田师傅,R。,Tanaka, H., Sugiyama, N. & Kannari, F. Wavelength-multiplexed pumping with 478-and 520-nm indium gallium nitride laser diodes for Ti:sapphire laser.达成。选择。56,1654 - 1661 (2017)。

    文章广告谷歌学术搜索

  46. 罗斯,p W。,Maclean, A. J., Burns, D. & Kemp, A. J. Directly diode-laser-pumped Ti:sapphire laser.选择列托人。34,3334 - 3336 (2009)。

    文章广告谷歌学术搜索

下载参考

确认

这项工作是由美国国防部高级研究计划局lumo号合同下。hr0011 - 20 - 2 - 0045。a·布鲁赫,我们感谢刘x z锣,j·苏亚f·杨,c . Mi j . j . Lu汉和g·基勒富有成果的讨论。我们感谢y太阳,莱因哈特,k·伍兹和m .白嘴鸦的援助设备制造。我们感谢黄永发。Kang r . Elafandy和r . Cheng帮助材料表征。

作者信息

作者和联系

作者

贡献

H.X.T.和陈怡如构思实验。陈怡如制造设备。陈怡如J.A.H.-L。,performed the experiment. Y.W. and J.A.H.-L. analysed the data. M.V. and Y.G. helped with the project. Y.W. and J.A.H.-L. wrote the manuscript, and all authors contributed to the manuscript. H.X.T. supervised the work.

相应的作者

对应到香港x唐

道德声明

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

同行评审

同行审查的信息

自然光子学由于3:21米切尔Huiyun刘和其他,匿名的,审稿人(s)为他们的贡献的同行评审工作。

额外的信息

出版商的注意施普林格自然保持中立在发表关于司法主权地图和所属机构。

扩展数据

扩展数据图1设备制造。

一个。流程优化的光子电路集成Ti: Sa激光过程,包括LPCVD罪沉积、波导刻蚀,Ti: Sa水晶焊和锡安包层沉积。b。光学图像的设备描述光子波导制作的。

扩展数据图2激光线宽测量。

一个。图表的光学设置光子电路集成Ti: Sa激光。激光外差beatnote测量使用商业Ti: Sa (M2laser)允许使用快速激光线宽测量光电探测器(PD)和电气信号分析器(ESA)。b。激光外差跳动信号之间的芯片上的Ti: Sa和参考激光全波最多120 kHz的一半。

补充信息

权利和权限

Springer性质或其许可方(例如一个社会或其他合作伙伴)拥有独占权下本文与作者出版协议(s)或其他情况下(年代);作者self-archiving接受这篇文章的手稿版本是完全由这样的出版协议的条款和适用法律。

再版和权限

关于这篇文章

检查更新。验证通过CrossMark货币和真实性

引用这篇文章

王,Y。,Holguín-Lerma, J.A., Vezzoli, M.et al。Photonic-circuit-integrated:钛蓝宝石激光器。Nat,光子。17,338 - 345 (2023)。https://doi.org/10.1038/s41566 - 022 - 01144 - 2

下载引用

  • 收到了:

  • 接受:

  • 发表:

  • 发行日期:

  • DOI:https://doi.org/10.1038/s41566 - 022 - 01144 - 2

本文引用的

搜索

快速链接

自然简报

报名参加自然简报通讯-重要的科学,每天免费发送到您的收件箱中。

一天中最重要的科学故事,自由在你的收件箱。 报名参加自然简报
Baidu
map