Волноводы лазерной записи в ниобате лития: формирование и определение оптических потерь при волоконном вводе излучения
Смаев М.П.
1, Пономарев Р.C.
21Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Москва, Россия
2Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия

Поступила в редакцию: 1 июня 2025 г.
В окончательной редакции: 26 ноября 2025 г.
Принята к печати: 29 ноября 2025 г.
Выставление онлайн: 5 марта 2026 г.
Прямая фемтосекундная запись оптических структур в объеме материала является активно развивающимся способом формирования элементов интегральной фотоники, особенно привлекательным для нелинейных сред, в которых варьирование параметров записывающего пучка позволяет регулировать частотную конверсию проходящего излучения. Для создания многофункциональных фотонных устройств сформированные в кристалле волноводы стыкуются с волоконно-оптическими световодами, причем необходимым условием корректного интегрирования элементов является минимизация оптических потерь. Рассмотрены режимы лазерной модификации монокристалла ниобата лития с помощью фемтосекундных импульсов на длине волны 1030 nm, что позволило записать поляризационно-чувствительные треки с уменьшенным показателем преломления. Путем сканирования лазерным пучком сформированы волноводы с немодифицированной сердцевиной LiNbO3 и оболочкой, состоявшей из 32 треков пониженного показателя преломления. Реализована стыковка оптического волокна с входным и выходным торцами кристалла, изучены волноводные характеристики сформированных структур и продемонстрировано прохождение излучения с наименьшими погонными потерями на уровне 2 dB/cm. Ключевые слова: прямая лазерная запись, фемтосекундные импульсы, канальный волновод, оболочка с пониженным показателем преломления, ниобат лития, отрицательные одноосные кристаллы.
- K.K. Wong (ed.). Properties of Lithium Niobate (INSPEC, London, 2002)
- M.P. Sumets, V.A. Dybov, V.M. Ievlev. Inorg. Mater., 53 (13), 1361 (2017). DOI: 10.1134/S0020168517130015
- J.L. Jackel, C.E. Rice, J.J. Veselka. Appl. Phys. Lett., 41 (7), 607 (1982). DOI: 10.1063/1.93615
- P.G. Suchoski, T.K. Findakly, F.J. Leonberger. Opt. Lett., 13 (11), 1050 (1988). DOI: 10.1364/OL.13.001050
- K.R. Parameswaran, R.K. Route, J.R. Kurz, R.V. Roussev, M.M. Fejer, M. Fujimura. Opt. Lett., 27 (3), 179 (2002). DOI: 10.1364/OL.27.000179
- R.V. Schmidt, I.P. Kaminow. Appl. Phys. Lett., 25 (8), 458 (1974). DOI: 10.1063/1.1655547
- D. Hofmann, G. Schreiber, C. Haase, H. Herrmann, W. Grundkotter, R. Ricken, W. Sohler. Opt. Lett., 24 (13), 896 (1999). DOI: 10.1364/OL.24.000896
- E.L. Wooten, K.M. Kissa, A. Yi-Yan, E.J. Murphy, D.A. Lafaw, P.F. Hallemeier, D. Maack, D.V. Attanasio, D.J. Fritz, G.J. McBrien, D.E. Bossi. IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron, 6 (1), 69 (2000). DOI: 10.1109/2944.826874
- L. Gui, B. Xu, T.C. Chong. IEEE Photon. Technol. Lett., 16 (5), 1337 (2004). DOI: 10.1109/LPT.2004.826112
- J. Burghoff, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann. Appl. Phys. A, 86, 165 (2007). DOI: 10.1007/s00339-006-3750-6
- Н.Н. Скрябин, М.А. Бухарин, С.М. Кострицкий, Ю.Н. Коркишко, В.А. Федоров, Д.В. Худяков. Радиопромышленность, 1, 110 (2018). DOI: 10.21778/2413-9599-2018-1-110-117 [N.N. Skryabin, M.A. Bukharin, S.M. Kostritskii, Yu.N. Korkishko, V.A. Fedorov, D.V. Khudyakov. Radiopromyshlennost, 1, 110 (2018).]
- P. Wang, J. Qi, Z. Liu, Y. Liao, W. Chu, Y. Cheng. Sci. Rep., 7 (1), 41211 (2017). DOI: 10.1038/srep41211
- A.V. Sosunov, R.S. Ponomarev, S.S. Mushinsky, A.M. Minkin, A.B. Volyntsev. Ferroelectrics, 494 (1), 131 (2016). DOI: 10.1080/00150193.2016.1142333
- A.V. Sosunov, R.S. Ponomarev, S.S. Mushinsky, A.B. Volyntsev, A.A. Mololkin, V. Malejacq. Crystallogr. Rep., 65 (5), 786 (2020). DOI: 10.1134/S1063774520050223
- G. Della Valle, R. Osellame, P. Laporta. J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 11 (1), 013001 (2008). DOI: 10.1088/1464-4258/11/1/013001
- A. Okhrimchuk. Femtosecond fabrication of waveguides in ion-doped laser crystals (INTECH Open Access Publisher, 2010), р. 519-542. DOI: 10.5772/12885
- F. Chen, J.R. Vazquez de Aldana. Laser Photonics Rev., 8 (2), 251 (2014). DOI: 10.1002/lpor.201300025
- R. Osellame, H.J.W.M. Hoekstra, G. Cerullo, M. Pollnau. Laser Photonics Rev., 5 (3), 442 (2011). DOI: 10.1002/lpor.201000031
- T. Meany, M. Grafe, R. Heilmann, A. Perez-Leija, S. Gross, M.J. Steel, M.J. Withford, A. Szameit. Laser Photonics Rev., 9 (4), 363 (2015). DOI: 10.1002/lpor.201500061
- B. Zhang, B. Xiong, Z. Li, L. Li, J. Lv, Q. Lu, L. Wang, F. Chen. Opt. Mater., 86, 571 (2018). DOI: 10.1016/j.optmat.2018.11.001
- L. Li, W. Kong, F. Chen. Adv. Photonics, 4 (2), 024002 (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.2.024002
- M.R. Tejerina, D.A. Biasetti, G.A. Torchia. Opt. Mater., 47, 34 (2015). DOI: 10.1016/j.optmat.2015.06.030
- R. Osellame, M. Lobino, N. Chiodo, M. Marangoni, G. Cerullo, R. Ramponi, H.T. Bookey, R.R. Thomson, N.D. Psaila, A.K. Kar. Appl. Phys. Lett., 90 (24), 241107 (2007). DOI: 10.1063/1.2748328
- R. Osellame, N. Chiodo, M. Lobino, M. Marangoni, G. Cerullo, R. Ramponi, H.T. Bookey, R.R. Thomson, N. Psaila, A.K. Kar. Proceed. SPIE, 6881, 688112 (2008). DOI: 10.1117/12.763115
- A.G. Okhrimchuk, A.V. Shestakov, I. Khrushchev, J. Mitchell. Opt. Lett., 30 (17), 2248 (2005). DOI: 10.1364/OL.30.002248
- Ph.St.J. Russell. J. Lightwave Technol., 24 (12), 4729 (2006). DOI: 10.1109/JLT.2006.885258
- J. Hu, C.R. Menyuk. Adv. Opt. Photonics, 1 (1), 58 (2009). DOI: 10.1364/AOP.1.000058
- J. Lv, Y. Cheng, W. Yuan, X. Hao, F. Chen. Opt. Mater. Express, 5 (6), 1274 (2015). DOI: 10.1364/OME.5.001274
- R.R. Thomson, S. Campbell, I.J. Blewett, A.K. Kar, D.T. Reid. Appl. Phys. Lett., 88 (11), 111109 (2006). DOI: 10.1063/1.2186389
- J. Burghoff, S. Nolte, A. Tunnermann. Appl. Phys. A, 89, 127 (2007). DOI: 10.1007/s00339-007-4152-0
- J. Burghoff, C. Grebing, S. Nolte, A. Tunnermann. Appl. Surf. Sci., 253 (19), 7899 (2007). DOI: 10.1016/j.apsusc.2007.02.148
- R. He, Q. An, Y. Jia, G.R. Castillo-Vega, J.R. Vazquez de Aldana, F. Chen. Opt. Mater. Express, 3 (9), 1378 (2013). DOI: 10.1364/OME.3.001378
- Q. Jia, P. Wang, Y. Liao, W. Chu, Z. Liu, Z. Wang, L. Qiao, Y. Cheng. Opt. Mater. Express, 6 (8), 2554 (2016). DOI: 10.1364/OME.6.002554
- S. Kroesen, K. Tekce, J. Imbrock, C. Denz. Appl. Phys. Lett., 107 (10), 101109 (2015). DOI: 10.1063/1.4930834
- H.-D. Nguyen, A. Rodenas, J.R. Vazquez de Aldana, G. Marti n, J. Marti nez, M. Aguilo, M.C. Pujol, F. Di az. Opt. Express, 25 (4), 3722 (2017). DOI: 10.1364/OE.25.003722
- J. Lv, Y. Cheng, Q. Lu, J.R. Vazquez de Aldana, X. Hao, F. Chen. Opt. Mater., 57, 169 (2016). DOI: 10.1016/j.optmat.2016.05.003
- T. Piromjitpong, M. Dubov, S. Boscolo. Appl. Phys. A, 125 (5), 302 (2019). DOI: 10.1007/s00339-019-2609-6
- S. Bhardwaj, K. Mittholiya, A. Bhatnagar, R. Bernard, J.A. Dharmadhikari, D. Mathur, A.K. Dharmadhikari. Appl. Opt., 56 (20), 5692 (2017). DOI: 10.1364/AO.56.005692
- C. Cai, J. Wang. Micromachines, 13 (4), 630 (2022). DOI: 10.3390/mi13040630
- R. Heilmann, C. Greganti, M. Grafe, S. Nolte, P. Walther, A. Szameit. Appl. Opt., 57 (3), 377 (2018). DOI: 10.1364/AO.57.000377
- M. Macias-Montero, A. Dias, B. Sotillo, P. Moreno-Zarate, R. Ariza, P. Fernandez, J. Solis. J. Lightwave Technol., 38 (23), 6578 (2020). DOI: 10.1109/JLT.2020.3015013
- A. Barty, K.A. Nugent, D. Paganin, A. Roberts. Opt. Lett., 23 (11), 817 (1998). DOI: 10.1364/OL.23.000817
- D. Paganin, K.A. Nugent. Phys. Rev. Lett., 80 (12), 2586 (1998). DOI: 10.1103/PhysRevLett.80.2586
- M. Bukharin, D. Khudakov, S. Vartapetov. Phys. Procedia, 71, 272 (2015). DOI: 10.1016/j.phpro.2015.08.300
- M.P. Smayev, P.I. Lazarenko, I.A. Budagovsky, A.O. Yakubov, V.N. Borisov, Y.V. Vorobyov, T.S. Kunkel, S.A. Kozyukhin. Opt. Laser Technol., 153, 108212 (2022). DOI: 10.1016/j.optlastec.2022.108212
- P.G. Kazansky, W. Yang, E. Bricchi, J. Bovatsek, A. Arai, Y. Shimotsuma, K. Miura, K. Hirao. Appl. Phys. Lett., 90 (15), 151120 (2007). DOI: 10.1063/1.2722240
- A.G. Okhrimchuk, Yu.P. Yatsenko, M.P. Smayev, V.V. Koltashev, V.V. Dorofeev. Opt. Mater. Express, 8 (11), 3424 (2018). DOE: 10.1364/OME.8.003424
- A.G. Okhrimchuk, A.D. Pryamikov, A.V. Gladyshev, G.K. Alagashev, M.P. Smayev, V.V. Likhov, V.V. Dorofeev, S.E. Motorin, Y.P. Yatsenko. J. Lightwave Technol., 38 (6), 1492 (2020). DOE: 10.1109/JLT.2019.2954862