Fabrication and characterization of on-chip optical nonlinear chalcogenide nanofiber devices

Abstract

Chalcogenide (As(2)S(3)) nanofibers as narrow as 200 nm in diameter are drawn by the fiber pulling method, are successfully embedded in SU8 polymer, and form on-chip waveguides and high-Q microknot resonators (Q = 3.9 × 10(4)) with smooth cleaved end faces. Resonance tuning of resonators is realized by localized laser irradiation. Strong supercontinuum generation with a bandwidth of 500 nm is achieved in a 7-cm-long on-chip chalcogenide waveguide. Our result provides a method for the development of compact, high-optical-quality, and robust photonic devices.

Research Progress of Chalcogenide Glass Based Micro-Nano Photonic Devices

“…样且较为成熟 [40] ， 硫系微纳光纤的制备方法也是从中借鉴并对其进行改进。目前硫系微纳光纤的主要制备 径 j 之间的关系可通过归一化截止参数 V 得到 [40] 。模场半径 ω 与 V core 和 V clad 的关系曲线如图 3 [40] 所示。 图中所示曲线为在 1550 nm 波长处， 标准单模光纤在变为光纤锥过程中模场半径 ω 的变化过程。图中 B 点为光纤向光纤锥转变的转折点， A 点附近， 模场半径 ω 要远大于光纤的几何半径 φ。 从 Mägi 等 [20] 模拟的 相同直径下 As2Se3 和石英微纳光纤的模场形貌(如图 4 所示)可以看出， As2S3 光纤对光场的限制要强于石英 光 纤 。 Chaudhari 等 [46] 模 拟 的 结 果 表 明 当 As2S3 光 纤 直 径 为 516 nm 时 ， 83%的 模 场 能 量 存 在 于 光 纤 内 ， 而 在 石英微纳光纤中约有 80%模场能量在光纤中传播时光纤直径达到了 700 nm [40] 。以上例子表明， 硫系微纳光 纤 可 以 更 有 效 地 限 制 光 的 传 播 ， 提 高 微 纳 光 纤 中 光 能 量 密 度 ， 这 有 利 于 在 较 低 的 激 发 能 量 下 产 生 非 线 性 效 [21,47]…”

Research Progress of Micro/nano-Optical Device Based on Chalcogenide Glass

“…2008 年， 美国麻省理工学院的 Hu 等 [25] 采用磁控溅射和剥离技术制备出 As2S3 硫系玻璃跑马场型微谐振 waveguide and the racetrack 2010 年， 复旦大学张启明等 [28] 利用飞秒激光对 As2S3 玻璃体材料进行烧蚀 ， 在其表面上制备了由直径为 200 nm 纳米洞构成、 间隔周期为 180 nm 的纳米光栅。随后张启明等 [19] 采用熔融拉锥法制备出直径为 2 mm 的 As2S3 玻璃微纳光纤， 将其打结形成直径为 600 mm 的结形微腔。利用 532 nm 连续激光抽运实现了波长可…”

“…制 造 相 兼 容 的 制 备 工 艺 [4][5][6] ， 因 此 ， 基 于 硫 系 玻 璃 光 学 材 料 的 单 元 或 集 成 微 纳 光 学 功 能 器 件 的 研 究 [7][8][9][10][11][12] ， 近 年 来一直受到人们的极大关注， 并在硫系微纳光纤、 微球、 光子晶体等 [10,[13][14] 方面取得了系列成果。 本 文 回 顾 了 硫 系 玻 璃 微 纳 光 器 件 的 研 究 历 程 ， 从 硫 系 微 纳 光 纤 、 微 球 、 光 子 晶 体 、 微 环 等 领 域 综 述 了 硫 系微纳光器件的研究和发展状况， 并对其发展前景进行了展望。 2 研究历程 硫系微纳光器件始于 2000 年， 以色列班古里昂大学的 Feigel 等 [15] 首次采用汽相沉积和激光全息光刻法制 备了三维 As45Se45Te10 硫系光子晶体 (如图 1 所示) ， 研究表明， 可以通过改变入射写入光束的角度来调节该结构 的工作波长。随后有关硫系光子晶体的研究相继被报道 [14,[16][17] 。2005 年， 澳大利亚国立大学 Freeman 等 [17] 用聚 焦离子束 (FIB)刻蚀法在厚度为 300 nm 的 Ge33As12Se55 薄膜上制备了二维平面光子晶体， 通过测量该结构下的 光响应， 发现存在比较清晰的法诺谐振现象。2006 年， Grillet 等 [14] 使用 FIB 法制备了薄膜悬浮型 Ge33As12Se55 硫 系光子晶体波导， 采用锥腰直径为 800 nm 的石英光纤纳米线进行耦合， 其耦合效率高达 98%。2007 年以后， 硫 系微纳光器件的种类开始多样化， 包括微纳光纤 [12][13][18][19] 、 微球 [10,[20][21][22][23][24] 、 微环谐振腔 [19,25] 、 微盘等 [26][27][28] 。2000～2007 年间硫系微纳光器件研究主要侧重于光子晶体， 尤其是其制备方法的研究 [15,17] 。2007 年以后， 硫系光子晶体研 究延伸到光子晶体光波导 [29][30][31][32][33] 、 光子晶体结构 [34][35] 和光子晶体微纳谐振腔 [30,…”

Ultrahigh Birefringent Nonlinear Slot Silicon Microfiber With Low Dispersion

“…Among these features of microfiber, nonlinearity is one of the most interesting characteristics. Large nonlinearity coefficient in microfibers can be realized by reducing the fiber diameter or using soft glass materials with high nonlinearity [11]. Nowadays, highly Manuscript T. Huang is with the CNRS international-NTU-Thales Research Alliance (CINTRA), UMI3288, 50 Nanyang Drive, Singapore 637553, Singapore(e-mail: huangtianye@gmail.com ) nonlinear microfibers are interesting candidates for many practical applications including all optical wavelength conversion, supercontinuum generation and optical parametric amplification [12][13][14][15].…”