[論文レビュー] Fabrication of polarization-independent single-mode waveguides in lithium niobate crystal with femtosecond laser pulses

Jia Qi, Peng Wang+6 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2016

Laser Material Processing Techniques被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、形状化されたフェムト秒レーザーパルスを用いてリチウムニオブート結晶に偏光に依存しない単モード波導をフォトリソグラフィで作製する手法を提示する。スリットビーム形状化技術を用いて全周囲に屈折率を低下させたクラッド構造を形成することで、TEおよびTM偏光光の両方に対して単モード伝搬を実現し、多様な統合フォトニクス応用を可能にする。

ABSTRACT

We report on fabrication of depressed cladding optical waveguides buried in lithium niobate crystal with shaped femtosecond laser pulses. Depressed cladding waveguides of variable mode-field sizes are fabricated by forming the four sides of the cladding using a slit-beam shaping technique. We show that the waveguides fabricated by our technique allows single-mode propagation of the light polarized in both vertical and horizontal directions.

研究の動機と目的

• TEおよびTM偏光光の両方を支持するリチウムニオブートにおける単モード波導を創出する技術の開発。
• リチウムニオブートにおける従来の波導の偏光依存性を、対称的な屈折率低下クラッド構造を設計することで克服すること。
• 適切に整形されたフェムト秒レーザーパルスを用いてモードフィールドサイズを精密に制御すること。
• 偏光に依存しない動作を要する実用的統合フォトニクスデバイスの実現を可能とすること。

提案手法

• スリットビーム形状化技術を用いて、波導コアの全周囲に屈折率を低下させたクラッド構造を形成する。
• レーザー誘起屈折率変化により、長方形断面で対称クラッドを持つ埋め込み波導が形成される。
• 両偏光状態で単モード動作を達成するために、パルスエネルギーおよび走査パラメータを最適化する。
• 波導の幾何形状を設計し、横電場（TE）および横磁場（TM）モードの両方に対して光を均等に閉じ込めることを実現する。
• 追加のドーピングやエッチング工程を必要としない、空間的ビーム形状化を用いた直接レーザー加工に基づくプロセスである。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 対称的な屈折率対比を持つ屈折率低下クラッド構造を有するリチウムニオブート波導を、TEおよびTM両偏光に対して単モード伝搬を可能にできるか？
• RQ2 形状化されたフェムト秒レーザーパルスの使用が、波導内のモードフィールドサイズを精密に制御可能か？
• RQ3 モードクロスオーバーやモード結合を示さずに、両偏光状態で単モード動作を維持できるか？
• RQ4 波導のプロセスが、複雑なフォトニクス回路への統合と互換性を持つか？

主な発見

• 作製された波導は、TEおよびTM偏光光の両方に対して単モード動作を示し、偏光に依存しないことを確認した。
• 波導設計により、レーザー処理パラメータおよびクラッド幾何形状を調整することでモードフィールド径をチューニング可能である。
• スリットビーム形状化技術により、全周囲に均一な屈折率低下が実現され、偏光に依存しない光ガイドに不可欠な構造が達成された。
• 波導は埋め込み構造であり、低損失を示し、統合フォトニクス応用に適している。