Low-Threshold Anti-Stokes Raman Microlaser on Thin-Film Lithium Niobate Chip

激光阈值 材料科学 铌酸锂 拉曼散射 拉曼光谱 光电子学 激光器 拉曼激光器 飞秒 光学 低语长廊波浪 光子学 光子 谐振器 物理 波长
作者
Jianglin Guan,Jintian Lin,Renhong Gao,Chuntao Li,Guanghui Zhao,Minghui Li,Wang Min,Lingling Qiao,Ya Cheng
出处
期刊:Materials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:17 (5): 1042-1042 被引量:3
标识
DOI:10.3390/ma17051042
摘要

Raman microlasers form on-chip versatile light sources by optical pumping, enabling numerical applications ranging from telecommunications to biological detection. Stimulated Raman scattering (SRS) lasing has been demonstrated in optical microresonators, leveraging high Q factors and small mode volume to generate downconverted photons based on the interaction of light with the Stokes vibrational mode. Unlike redshifted SRS, stimulated anti-Stokes Raman scattering (SARS) further involves the interplay between the pump photon and the SRS photon to generate an upconverted photon, depending on a highly efficient SRS signal as an essential prerequisite. Therefore, achieving SARS in microresonators is challenging due to the low lasing efficiencies of integrated Raman lasers caused by intrinsically low Raman gain. In this work, high-Q whispering gallery microresonators were fabricated by femtosecond laser photolithography assisted chemo-mechanical etching on thin-film lithium niobate (TFLN), which is a strong Raman-gain photonic platform. The high Q factor reached 4.42 × 106, which dramatically increased the circulating light intensity within a small volume. And a strong Stokes vibrational frequency of 264 cm−1 of lithium niobate was selectively excited, leading to a highly efficient SRS lasing signal with a conversion efficiency of 40.6%. And the threshold for SRS was only 0.33 mW, which is about half the best record previously reported on a TFLN platform. The combination of high Q factors, a small cavity size of 120 μm, and the excitation of a strong Raman mode allowed the formation of SARS lasing with only a 0.46 mW pump threshold.
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