フォトニクス：ニオブ酸リチウム集積フォトニクスを用いた超高速波長可変レーザー
Nature 615, 7952 doi: 10.1038/s41586-023-05724-2
絶縁体上のニオブ酸リチウム（LiNbO3）薄膜における初期の研究と最近の進歩によって、低損失のフォトニック集積回路、半波電圧を改善した変調器、電気光学周波数コム、オンチップ電気光学デバイスが可能になり、その応用範囲は、マイクロ波フォトニクスから、マイクロ波から光への量子インターフェースまで幅広い。最近の進歩によって、LiNbO3を用いた波長可変集積レーザーが実証されているものの、周波数アジャイルで狭線幅の集積レーザーを実証するこのプラットフォームの潜在能力は十分には実現されていない。今回我々は、窒化ケイ素（Si3N4）–LiNbO3ハイブリッドフォトニックプラットフォームに基づいた波長可変速度が大きいそうしたレーザーを報告し、そのコヒーレントレーザー測距への使用を実証する。今回のプラットフォームは、超低損失Si3N4フォトニック集積回路と薄膜LiNbO3のウエハーレベルでの直接接合による異種集積に基づいており、以前実証されたチップレットレベルの集積とは対照的に、8.5 dB m−1という低伝搬損失を特徴とし、レーザーダイオードへの自己注入同期による狭線幅のレーザー発振（固有線幅3 kHz）が可能になった。また、共振器のハイブリッドモードによって、狭線幅を維持したまま、高い直線性と低いヒステリシスで、12 × 1015 Hz s−1という速度で電気光学レーザーの周波数調整が可能になった。我々はハイブリッド集積レーザーを用いて、コヒーレント光測距（FMCW LiDAR）の概念実証実験を行った。Si3N4フォトニック集積回路にLiNbO3を付与することで、薄膜LiNbO3と、精密なリソグラフィー制御、枯れた製造法、超低損失を示すSi3N4のそれぞれの利点を兼ね備えたプラットフォームが作られる。
