Вышедшие номера
Волноводы лазерной записи в ниобате лития: формирование и определение оптических потерь при волоконном вводе излучения
Смаев М.П. 1, Пономарев Р.C. 2
1Физический 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.
  1. K.K. Wong (ed.). Properties of Lithium Niobate (INSPEC, London, 2002)
  2. M.P. Sumets, V.A. Dybov, V.M. Ievlev. Inorg. Mater., 53 (13), 1361 (2017). DOI: 10.1134/S0020168517130015
  3. J.L. Jackel, C.E. Rice, J.J. Veselka. Appl. Phys. Lett., 41 (7), 607 (1982). DOI: 10.1063/1.93615
  4. P.G. Suchoski, T.K. Findakly, F.J. Leonberger. Opt. Lett., 13 (11), 1050 (1988). DOI: 10.1364/OL.13.001050
  5. 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
  6. R.V. Schmidt, I.P. Kaminow. Appl. Phys. Lett., 25 (8), 458 (1974). DOI: 10.1063/1.1655547
  7. 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
  8. 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
  9. L. Gui, B. Xu, T.C. Chong. IEEE Photon. Technol. Lett., 16 (5), 1337 (2004). DOI: 10.1109/LPT.2004.826112
  10. J. Burghoff, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann. Appl. Phys. A, 86, 165 (2007). DOI: 10.1007/s00339-006-3750-6
  11. 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).]
  12. P. Wang, J. Qi, Z. Liu, Y. Liao, W. Chu, Y. Cheng. Sci. Rep., 7 (1), 41211 (2017). DOI: 10.1038/srep41211
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. A. Okhrimchuk. Femtosecond fabrication of waveguides in ion-doped laser crystals (INTECH Open Access Publisher, 2010), р. 519-542. DOI: 10.5772/12885
  17. F. Chen, J.R. Vazquez de Aldana. Laser Photonics Rev., 8 (2), 251 (2014). DOI: 10.1002/lpor.201300025
  18. R. Osellame, H.J.W.M. Hoekstra, G. Cerullo, M. Pollnau. Laser Photonics Rev., 5 (3), 442 (2011). DOI: 10.1002/lpor.201000031
  19. 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
  20. 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
  21. L. Li, W. Kong, F. Chen. Adv. Photonics, 4 (2), 024002 (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.2.024002
  22. M.R. Tejerina, D.A. Biasetti, G.A. Torchia. Opt. Mater., 47, 34 (2015). DOI: 10.1016/j.optmat.2015.06.030
  23. 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
  24. 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
  25. A.G. Okhrimchuk, A.V. Shestakov, I. Khrushchev, J. Mitchell. Opt. Lett., 30 (17), 2248 (2005). DOI: 10.1364/OL.30.002248
  26. Ph.St.J. Russell. J. Lightwave Technol., 24 (12), 4729 (2006). DOI: 10.1109/JLT.2006.885258
  27. J. Hu, C.R. Menyuk. Adv. Opt. Photonics, 1 (1), 58 (2009). DOI: 10.1364/AOP.1.000058
  28. J. Lv, Y. Cheng, W. Yuan, X. Hao, F. Chen. Opt. Mater. Express, 5 (6), 1274 (2015). DOI: 10.1364/OME.5.001274
  29. 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
  30. J. Burghoff, S. Nolte, A. Tunnermann. Appl. Phys. A, 89, 127 (2007). DOI: 10.1007/s00339-007-4152-0
  31. J. Burghoff, C. Grebing, S. Nolte, A. Tunnermann. Appl. Surf. Sci., 253 (19), 7899 (2007). DOI: 10.1016/j.apsusc.2007.02.148
  32. 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
  33. 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
  34. S. Kroesen, K. Tekce, J. Imbrock, C. Denz. Appl. Phys. Lett., 107 (10), 101109 (2015). DOI: 10.1063/1.4930834
  35. 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
  36. 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
  37. T. Piromjitpong, M. Dubov, S. Boscolo. Appl. Phys. A, 125 (5), 302 (2019). DOI: 10.1007/s00339-019-2609-6
  38. 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
  39. C. Cai, J. Wang. Micromachines, 13 (4), 630 (2022). DOI: 10.3390/mi13040630
  40. R. Heilmann, C. Greganti, M. Grafe, S. Nolte, P. Walther, A. Szameit. Appl. Opt., 57 (3), 377 (2018). DOI: 10.1364/AO.57.000377
  41. 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
  42. A. Barty, K.A. Nugent, D. Paganin, A. Roberts. Opt. Lett., 23 (11), 817 (1998). DOI: 10.1364/OL.23.000817
  43. D. Paganin, K.A. Nugent. Phys. Rev. Lett., 80 (12), 2586 (1998). DOI: 10.1103/PhysRevLett.80.2586
  44. M. Bukharin, D. Khudakov, S. Vartapetov. Phys. Procedia, 71, 272 (2015). DOI: 10.1016/j.phpro.2015.08.300
  45. 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
  46. 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
  47. 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
  48. 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