Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2501.06936

帮助 | 高级搜索

物理学 > 光学

arXiv:2501.06936 (physics)
[提交于 2025年1月12日 ]

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

Authors:Xinru Ji, Xuan Yang, Yang Liu, Zheru Qiu, Grigory Lihachev, Simone Bianconi, Jiale Sun, Andrey Voloshin, Taegon Kim, Joseph C. Olson, Tobias J. Kippenberg
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。
摘要: Erbium (Er) ions are the gain medium of choice for fiber-based amplifiers and lasers, offering a long excited-state lifetime, slow gain relaxation, low amplification nonlinearity and noise, and temperature stability compared to semiconductor-based platforms. Recent advances in ultra-low-loss silicon nitride (Si$_3$N$_4$) photonic integrated circuits, combined with ion implantation, have enabled the realization of high-power on-chip Er amplifiers and lasers with performance comparable to fiber-based counterparts, supporting compact photonic systems. Yet, these results are limited by the high (2 MeV) implantation beam energy required for tightly confined Si$_3$N$_4$ waveguides (700 nm height), preventing volume manufacturing of Er-doped photonic integrated circuits. Here, we overcome these limitations and demonstrate the first fully wafer-scale, foundry-compatible Er-doped photonic integrated circuit-based tunable lasers. Using 200 nm-thick Si$_3$N$_4$ waveguides, we reduce the ion beam energy requirement to below 500 keV, enabling efficient wafer-scale implantation with an industrial 300 mm ion implanter. We demonstrate a laser wavelength tuning range of 91 nm, covering nearly the entire optical C- and L-bands, with fiber-coupled output power reaching 36 mW and an intrinsic linewidth of 95 Hz. The temperature-insensitive properties of erbium ions allowed stable laser operation up to 125$^{\circ}$C and lasing with less than 15 MHz drift for over 6 hours at room temperature using a remote fiber pump. The fully scalable, low-cost fabrication of Er-doped waveguide lasers opens the door for widespread adoption in coherent communications, LiDAR, microwave photonics, optical frequency synthesis, and free-space communications.
主题: 光学 (physics.optics) ; 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2501.06936 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2501.06936v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.06936
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Xinru Ji [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 1 月 12 日 21:20:53 UTC (23,315 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
physics.optics
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-01
切换浏览方式为:
physics
physics.app-ph

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号