[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出一种利用整形飞秒激光脉冲在钽酸锂晶体中制备偏振无关单模波导的方法。通过采用狭缝束整形技术在波导芯的四个侧面形成折射率降低的包层，使波导对TE和TM偏振光均支持单模传输，从而实现多功能集成光子应用。

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.

研究动机与目标

• 开发一种在钽酸锂中制备支持TE和TM偏振光的单模波导的技术。
• 通过设计对称的折射率降低包层结构，克服传统钽酸锂波导的偏振依赖性。
• 通过定制飞秒激光脉冲整形实现对模场尺寸的精确控制。
• 实现对偏振无关操作有需求的实际集成光子器件。

提出的方法

• 利用狭缝束技术对飞秒激光脉冲进行整形，在波导芯的四个侧面形成折射率降低的包层结构。
• 激光诱导的折射率变化形成具有矩形截面和对称包层的埋入式波导。
• 优化脉冲能量和扫描参数，以实现两种偏振态下的单模操作。
• 通过波导几何结构设计，使光在横向电（TE）和横向磁（TM）模式下均得到等效限制。
• 该制造工艺基于直接激光写入与空间光束整形，无需额外掺杂或刻蚀步骤。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在钽酸锂中制备具有对称折射率对比的折射率降低包层波导，以支持TE和TM两种偏振态的单模传输？
• RQ2 使用整形飞秒激光脉冲是否能实现对波导中模场尺寸的精确控制？
• RQ3 该波导能否在不发生模式交叉或耦合的情况下，保持两种偏振态下的单模行为？
• RQ4 该波导制造工艺是否与复杂光子电路的集成兼容？

主要发现

• 所制备的波导对TE和TM偏振光均表现出单模传输，证实了其偏振无关性。
• 波导设计可通过激光加工参数和包层几何结构调节模场直径。
• 狭缝束整形技术实现了四个侧面的对称折射率降低，这是实现偏振无关导光的关键。
• 波导为埋入式结构，具有低传播损耗，适用于集成光子应用。