Schnell einstellbare Laser mit integrierter Lithiumniobat-Photonik

Laser kleiner zu machen und sie in der Lage zu machen, schnell zwischen Frequenzen zu wechseln und dabei innerhalb eines schmalen Bandes zu bleiben, ist ein wesentlicher Faktor, um die Kosten von Technologien wie LiDAR und optischer Kommunikation zu senken. Ein großer Teil der Herausforderung besteht hier verständlicherweise darin, die richtigen Materialien zu finden, die einen Laser ermöglichen, der alle diese Eigenschaften vereint.

Hier zeigt eine aktuelle Studie von [Viacheslav Snigirev] und Kollegen (Pressemitteilung), wie die Kombination der Eigenschaften von Lithiumniobat (LiNbO3) mit denen von Siliziumnitrid (Si3N4) in einem hybriden (Si3N4)-LiNbO3-Waferstapel eine InP-basierte Herstellung ermöglicht Die Laserquelle muss in der geätzten photonischen Schaltung moduliert werden, um die gewünschten Ausgangseigenschaften zu erzielen.

Ein Großteil der Modulationsstabilität wird durch die Selbstinjektionsverriegelung des Lasers über die Mikroresonatorstrukturen auf dem Hybridchip erreicht. Diese sorgen für eine optische Rückreflexion, die die Laserdiode dazu zwingt, bei einer bestimmten Frequenz zu schwingen und so für die Frequenzsperre zu sorgen. Die schnelle Frequenzabstimmung wird dadurch ermöglicht, dass diese durch die über die gebildeten Elektroden an die Mikroresonatorstruktur angelegte Spannung bestimmt wird.

Mit einer LiDAR-Demonstration in der Arbeit, die eine dieser Hybridschaltungen verwendet, wird gezeigt, dass der direkte Wafer-Bonding-Ansatz gut funktioniert, und es werden eine Reihe von Optimierungsvorschlägen gegeben. Wie alle diese Studien bauen sie auf jahrelanger früherer Forschung auf, indem Probleme gefunden und Lösungen vorgeschlagen und getestet werden. Es scheint, dass Dünnschicht-LiNbO3-Strukturen mittlerweile einige sehr nützliche Anwendungen in der Photonik finden.

(Titelbild: Stapel von Si3N4-LiNbO3, der den integrierten Laser bildet und in den Testaufbau integriert wird (d). (Quelle: Snigirev et al., 2023) )