物理学 > 光学
[提交于 2025年1月12日
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标题: 全 C 和 L 波段可调谐掺铒集成激光器通过可扩展制造
标题: Full C- and L-band tunable erbium-doped integrated lasers via scalable manufacturing
摘要: 铒(Er)离子是基于光纤的放大器和激光器的首选增益介质,与基于半导体的平台相比,它具有较长的激发态寿命、缓慢的增益弛豫、低放大非线性和噪声以及温度稳定性。 超低损耗氮化硅(Si$_3$N$_4$)光子集成电路的最新进展,结合离子注入,使得高性能片上铒放大器和激光器得以实现,其性能可与基于光纤的设备相媲美,支持紧凑的光子系统。 然而,这些结果受到用于紧密限制的Si$_3$N$_4$波导(700 nm高)的高(2 MeV)注入束能量的限制,这阻碍了掺铒光子集成电路的大规模制造。 在此,我们克服了这些限制,并展示了首个完全晶圆规模、适合代工生产的掺铒光子集成电路可调激光器。 使用200 nm厚的Si$_3$N$_4$波导,我们将离子束能量需求降低到500 keV以下,从而实现了使用工业300 mm离子注入机的高效晶圆规模注入。 我们展示了91 nm的激光波长调谐范围,覆盖几乎整个光通信C波段和L波段,光纤耦合输出功率达到36 mW,固有线宽为95 Hz。 铒离子的温度不敏感特性使得激光器在125$^{\circ}$C下仍能稳定运行,并且在室温下使用远程光纤泵浦,可以实现小于15 MHz漂移的连续工作超过6小时。 掺铒波导激光器的完全可扩展、低成本制造为相干通信、激光雷达、微波光子学、光学频率合成和自由空间通信领域的广泛应用打开了大门。
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