En complément des puces photoniques à base de silicium, Le film mince de niobate de lithium (LNOI) est devenu un point névralgique de la recherche dans le domaine de l'intégration optoélectronique en raison de sa non-linéarité exceptionnelle, électro-optique, acousto-optique, propriétés piézoélectriques et autres propriétés physiques. Multiplicateurs de fréquence intégrés sur puce, modulateurs, et des filtres à base de couches minces de niobate de lithium ont été développés, mais la source lumineuse de bande de communication intégrée sur puce a toujours un besoin urgent de développement. Récemment, des chercheurs de l'Université Jiao Tong de Shanghai ont déclaré publiquement pour la première fois qu'ils avaient conçu, fabriqué, et réalisé la sortie laser d'une microcavité sur une puce de niobate de lithium sur un LNOI dopé à l'erbium auto-développé.

Le résonateur à microdisque en mode galerie chuchotante a une petite taille et un facteur de qualité élevé. En sélectionnant une source de pompage appropriée et en concevant et en fabriquant soigneusement le microdisque LNOI, la sortie des lasers intégrés en bande C sur puce au niobate de lithium a été atteinte. Les résultats de la recherche étaient intitulés "On-chip Erbium-doped lithium niobate microcavity laser" et publiés le 30 octobre, 2020, dans Science Chine Physique, Mécanique &Astronomie comme article de couverture du tome 64, Numéro 3. Les professeurs Yuping Chen et Xianfeng Chen de l'Université Jiao Tong de Shanghai sont les auteurs correspondants.

Comme nous le savons tous, le système de niveau d'énergie des ions d'erbium de terre rare peut répondre aux conditions de rayonnement laser dans la bande de communication. Précédemment, les lasers et amplificateurs dopés aux ions de terres rares ne pouvaient être efficacement réalisés et appliqués que dans des fibres optiques et des films de silice. Jusque là, il n'y a que quelques rapports de recherche sur les films minces de niobate de lithium dopé à l'erbium, et la sortie de fluorescence ne peut être obtenue qu'à de faibles concentrations de dopage mais avec une mauvaise uniformité par des méthodes d'implantation ionique et de diffusion thermique.

En découvrant ces problèmes au cours des deux dernières années, les chercheurs ont abandonné les méthodes d'implantation ionique et de diffusion thermique, et a choisi de doper des ions erbium lors de la croissance de cristaux de niobate de lithium, visant à résoudre les problèmes de concentration et d'uniformité du niobate de lithium dopé à l'erbium. Par conséquent, des films minces de niobate de lithium ont été fabriqués via le processus de coupe intelligente. Ces processus ont été réalisés grâce à la coopération avec Shanghai Daheng Optical and Fine Mechanics Co., Ltd et Jinan Jingzheng Electronics Co., Ltd.. Le film de niobate de lithium dopé à l'erbium préparé par cette méthode a une distribution uniforme d'ions erbium et répond aux exigences de développement des lasers sur puce.

Ensuite, les chercheurs ont utilisé une méthode de gravure par faisceau d'ions focalisés (FIB) pour fabriquer un résonateur à microdisque sur un film de niobate de lithium dopé à l'erbium dopé à l'erbium de 600 nm d'épaisseur. La lumière de pompage dans les bandes de 980 nm et 1480 nm a été utilisée et couplée à travers une fibre effilée. La sortie laser dans la bande de communication était évidente sous ces deux pompes.

Ce résultat de recherche réalise la source lumineuse intégrée dans la bande de communication de la puce niobate de lithium, ce qui est d'une grande importance pour l'intégration efficace de la source lumineuse sur puce et de divers dispositifs fonctionnels du matériau en film mince de niobate de lithium à l'avenir.