Broadband and widely tunable second harmonic generation in suspended thin-film LiNbO3 rib waveguides

宽带 材料科学 光学 二次谐波产生 光电子学 谐波 声学 物理 激光器
作者
Aiman Zinaoui,Lucas Grosjean,Arthur De Sousa Lopes Moreira,Miguel Angel Suarez,Samuel Queste,Laurent Robert,Ludovic Gauthier‐Manuel,Mathieu Chauvet,Nadège Courjal
出处
期刊:APL photonics [AIP Publishing]
卷期号:9 (10)
标识
DOI:10.1063/5.0230481
摘要

Our study demonstrates second harmonic generation (SHG) in a high confinement LiNbO3 rib waveguide through type-I birefringence phase matching of fundamental modes. The combination of micro-waveguide dispersion and material birefringence reveals unique SHG characteristics that complement the performance of standard LiNbO3 on insulator (LNOI) components. Dual-pump wavelength phase matching in the near-infrared and mid-infrared regions is shown in a given waveguide. These two wavelengths can be positioned in the 1.1–3.5 μm range or converge near 1.5 μm by adjusting the core waveguide size or through temperature tuning. A 25 °C temperature change enables a broad pump tunability band of 300 nm, ranging from 1350 to 1650 nm, with a conversion efficiency exceeding 40 %/W/cm2 within a single waveguide. A temperature tuning range of up to 900 nm is foreseen by tailoring the waveguide core size. In addition, a broadband response of 150 nm within the telecom window is demonstrated experimentally. The nonlinear waveguide, etched in a thin film membrane, is combined with titanium-indiffused waveguides to form a monolithic LiNbO3 component. This configuration provides low coupling losses of 0.8 dB and single-mode operation. It paves the way for a new generation of versatile and cost-effective frequency conversion components with wide-band spectral responses suitable for optical communications, environmental sensing, and quantum information processing.

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