Le niobate de lithium en couches minces (TFLN) est récemment devenu une plateforme nanophotonique polyvalente. Avec les avantages d’un confinement optique élevé, d’une interaction lumière-matière améliorée et d’un contrôle de dispersion flexible, les dispositifs au niobite de lithium périodiquement polarisé (PPLN) à base de TFLN surpassent leurs homologues traditionnels en termes d’efficacité optique non linéaire et d’encombrement du dispositif.
Un défi majeur des dispositifs PPLN basés sur TFLN est de savoir comment obtenir un couplage hors puce efficace et à large bande. En raison de l’absence d’un schéma de couplage à large bande efficace, les efficacités normalisées de génération de deuxième harmonique (SGH) globales et sur puce (fibre à fibre) sont trop faibles pour de nombreuses applications pratiques des dispositifs PPLN basés sur TFLN. À ce jour, il est possible d’atteindre une efficacité de couplage élevée dans la bande C, mais un coupleur de bord efficace qui peut couvrir à la fois les longueurs d’onde du proche infrarouge (~ 1550 nm) et du proche visible (~ 775 nm) n’a pas été développé jusqu’à présent. .
Comme rapporté dans Nexus photonique avancé, des chercheurs de l’Université Sun Yat-sen et de l’Université de Nanjing ont conçu et fabriqué un coupleur de bord TFLN ultra large bande et efficace. Ils ont constaté que le coupleur à deux couches conventionnel ne fonctionnait pas bien dans la bande de 775 nm, en raison de la non-concordance de l’indice de réfraction entre le guide d’ondes de gaine et la structure du convertisseur de taille de point (SSC).
Pour résoudre ce problème, ils ont conçu un coupleur efficace fonctionnant à la fois à 1550 nm et à 775 nm. Il se compose d’un guide d’ondes SiO2 suspendu avec des bras de support et d’un SSC à trois couches, comprenant des cônes de couche supérieure, intermédiaire et inférieure. La lumière de la fibre à lentille est couplée dans le guide d’ondes SiO2, puis transférée aux guides d’ondes à nervure TFLN via le SSC. Le SSC à trois couches résout le problème de couplage de la structure de coupleur à deux couches conventionnelle aux courtes longueurs d’onde. La perte de couplage mesurée est de 1 dB/facette à 1550 nm et de 3 dB/facette à 775 nm.
Le travail démontre également les avantages du coupleur conçu dans les applications non linéaires. Ils atteignent une efficacité normalisée SGH globale record avec un schéma de couplage fibre à puce et une efficacité de deuxième harmonique sur puce correspondante élevée. Par rapport aux appareils à la pointe de la technologie, l’efficacité normalisée globale serait supérieure de deux à trois ordres de grandeur.
L’auteur principal Xinlun Cai, professeur à l’École d’électronique et de technologie de l’information de l’Université Sun Yat-sen, remarque : « L’efficacité accrue du SHG fibre à fibre est un aspect essentiel de presque toutes les démonstrations photoniques. puces photoniques quantiques, qui sont souvent présentées comme appropriées pour une utilisation dans les systèmes photoniques de nouvelle génération, mais souffrent de pertes de couplage très élevées. » L’équipe prévoit que son travail élargira les applications pratiques des dispositifs PPLN basés sur TFLN.
Xiaoyue Liu et al, Coupleur de bord ultra-large bande et à faible perte pour une génération de deuxième harmonique très efficace dans le niobate de lithium à couche mince, Nexus photonique avancé (2022). DOI : 10.1117/1.APN.1.1.016001