Нагрев чипа заставил фиксированный лазер прыгать по среднему ИК

У обычного перестраиваемого лазера двигают сам лазер: меняют ток, температуру, длину внешней полости. Здесь внешний насос остаётся на длине волны около 1045 нм. Напряжение подают на нагреватели рядом с двумя микрорезонаторами, и на выходе появляется другая длина волны среднего инфракрасного диапазона.

Это оптический параметрический генератор на тонкоплёночном ниобате лития, TFLN. В 9-миллиметровом периодически поляризованном участке кристалла χ²-нелинейность расщепляет энергию фотонов на сигнальную волну 1.5–1.7 мкм и более длинноволновый idler — полезный средне-ИК-выход. Именно в области 2.7–3.4 мкм лежат сильные колебательные полосы множества молекул; компактный когерентный источник здесь особенно нужен для спектроскопии и химических датчиков.

Проблема в том, что параметрический процесс сам по себе охотно генерирует множество разрешённых спектральных пар. Авторы встроили после нелинейного участка фильтр из двух кольцевых резонаторов вытянутой формы. Их длины различаются всего на 6 мкм, поэтому максимумы пропускания совпадают редко. Это эффект Вернье: совпавшая пара выделяет одно далёкое спектральное окно, а при нагреве резонаторы смещаются относительно друг друга и выбирают следующее.

Такой фильтр адресует idler от 2707 до 3368 нм, что составляет около 21.8 ТГц. Однако картинка «ручки на 22 ТГц» требует правильного масштаба. Чип переходит между окнами дискретными скачками примерно по 125 ГГц; после смены состояния теплу требуется около 0.5 с, чтобы резонаторы успокоились. Это термооптическая перестройка, а не быстрый эффект Поккельса, хотя сам ниобат лития действительно способен на электрооптическое управление.

Непрерывный участок тоже пока скромнее рекламной ширины. Для одновременного плавного сдвига всех трёх нагреваемых секций, включая фазовый участок, потребовалось бы около 120 В, и такой режим авторы не реализовали. В демонстрации idler плавно прошёл примерно 35 ГГц вслед за пьезоперестройкой внешнего насосного лазера. Полный обход 22 ТГц остаётся последовательностью тепловых переключений фильтра.

Результат всё равно далёк от символического: порог составил около 380 мВт пиковой насосной мощности на чипе, а при 700 мВт получили до 22 мВт idler за пределами чипа. Измерения велись с внешним перестраиваемым диодным лазером, усилителем и квазинепрерывными импульсами 2–5 мкс с частотой 10 кГц. Значит, готового автономного непрерывного mid-IR-лазера здесь пока нет. Зато уже есть чиповый нелинейный узел, в котором один и тот же материал создаёт средний ИК, удерживает резонанс и позволяет электрически выбирать спектральное окно.