作为硅基光子芯片的补充，铌酸锂薄膜（LNOI）因其出色的非线性、电光、声光、压电等物理特性成为光电子集成领域的研究热点。基于铌酸锂薄膜的片上可集成倍频器，调制器和滤波器等已得到开发，而其片上可集成通信波段光源仍亟待研制。最近，上海交通大学的研究人员首次公开报道了在自主研发的铒离子掺杂LNOI上，设计制作并实现了铌酸锂片上的微腔激光输出。研究者结合回音壁模式微盘腔这种尺寸小、品质因子高的谐振腔，再选择合适的泵浦源，设计并制作了LNOI片上微盘腔，实现了有效的铌酸锂片上通信波段可集成激光输出。相关研究的论文题目为“On-chip erbium-doped lithium niobate microcavity laser”，并作为第64卷第3期的封面文章，发表在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy （《中国科学：物理学 力学 天文学》英文版）。文章由上海交通大学陈玉萍教授和陈险峰教授担任通讯作者，于2020年10月30日正式在线出版。众所周知，稀土铒离子能级系统能满足通信波段激光辐射的条件，之前稀土离子掺杂的激光器和放大器只能在光纤和二氧化硅薄膜中被有效地实现和应用。迄今为止，为数不多的对铌酸锂薄膜进行铒离子掺杂的工作，由于采用离子注入和热扩散方法导致掺杂浓度低且均匀度不好，因此仅仅获得荧光的输出。研究者在近两年的研发过程中发现了这些问题，放弃了离子注入和热扩散方法，并选择在铌酸锂晶体生长过程中进行铒离子掺杂，解决了铒掺杂铌酸锂晶体的浓度和均匀性问题。然后，使用离子切（smart-cut）工艺将晶体制作成薄膜，如图1所示。这一过程通过与上海大恒光学精密机械有限公司和济南晶正电子科技有限公司合作研发完成。这种方法制备的掺铒铌酸锂薄膜铒离子分布均匀，并能满足片上激光器的研制要求。
图1 掺铒铌酸锂薄膜制备过程。（a）掺铒铌酸锂晶体；（b）掺铒铌酸锂晶圆；（c）smart-cut示意图；（d）硅衬底掺铒铌酸锂薄膜随后，研究者使用聚焦离子束（FIB）刻蚀的方法，在600 nm厚的Z切掺铒铌酸锂薄膜上制作了微盘谐振腔；并分别使用了980 nm波段和1480 nm波段的泵浦光，通过锥形光纤进行泵浦光的耦合，均获得了明显的通信波段的激光输出（如图2和3所示）。图2 980 nm(左)和1480 nm(右)波段泵浦掺铒微盘腔的光学显微镜图像
图3 两种泵浦源分别获得的激光峰和激光线宽. (a) 980 nm波段泵浦；(b) 1480 nm波段泵浦这一研究结果实现了铌酸锂片上通信波段可集成光源，对未来铌酸锂薄膜材料的片上光源和各功能器件的高效集成具有十分重要的意义。该项研究得到了国家重点研发项目（Grant Nos. 2019YFB2203500，2017YFA0303700），国家自然科学基金项目（Grant No. 91950107）和上海市科技发展基金（Grant No. 17JC1400400）资助。
上海交通大学物理与天文学院2016级直博研究生，研究方向为：非线性光学，微腔光子学，铌酸锂基光电子集成。
上海交通大学物理与天文学院2018级博士研究生，研究方向为：非线性光学，微纳光学。2018年硕士毕业于华南师范大学信息光电子科技学院，光学专业。
上海交通大学教授，博士生导师。2002年毕业于上海交通大学物理系，获理学博士学位；2005-2006年美国Rochester大学光学系博士后。主要研究方向：非线性与纳米光子学，飞秒激光微纳加工与精密制造；长期致力于铌酸锂及其薄膜芯片中非线性和电光特性的研究，及其在传感、信息调制和量子计算等方向上的基础和应用研究。
上海交通大学特聘教授，国家杰出青年基金获得者，中组部“万人计划”领军人才，科技部中青年科技创新领军人才，上海市优秀学术带头人等。享受政府特殊津贴。主要研究方向：非线性光学、纳米光子学、量子光学、光电子器件等。在本领域国际重要刊物上发表论文305篇，引用3500余次。2010年获得亚太物理协会联合会杨振宁奖（AAPPS，C. N. Yang Award）。现任上海交通大学物理与天文学院光科学与技术研究所所长。