近十年来，大家已经在产生超宽带中红外（MIR，3-20μm）激光光源的研究方面做了很多努力，这些光源主要用于包括频率测量和痕量气体传感等各种应用领域。紧凑而高效的宽带中红外激光光源的实现对促进中红外光谱学的各种重要应用有着巨大的影响。许多设计优良的波导平台已经被证明用于基于三次非线性的中红外超连续激光和频率梳子的产生，但是，三阶非线性效应本质上都比较弱。

       四川大学梁厚昆教授团队首次提出并证实了一种基于双折射相位匹配的二阶非线性ZGP（磷锗锌）波导平台，通过光参量振荡(OPG）获得了具有高量子效率的、波长范围覆盖5-11μm的可调谐长波红外（LWIR）激光。其单通的光参量量子效率高达74%，泵浦阈值能量为616pJ，与块状介质的中长波OPG相比，阈值能量至少降低了一个数量级。此研究成果已收录于国外知名期刊Natutre Communications。

       成都迪恩光电科技有限公司有幸参与了此次项目，为此次项目提供了ZGP晶体超薄片。

       ZGP（磷锗锌）微米级波导制作过程：

      将尺寸为4（宽度）×3（厚度）×10（长度）mm3的大块ZGP晶体切割成I类相位匹配的晶体，匹配角为48.3°。然后键合到熔融的SiO₂基板上。将键合后的块状ZGP晶体随后被研磨和抛光到40 μm的厚度。***后再采用超快激光直写技术在ZGP晶片上刻蚀形成了微米级脊波导。

      基于ZGP波导的单通光参量光源OPG的量子转换效率与基于块状晶体的单通光参量光源OPA、OPG、DFG、IPDFG的对比:

      利用ZGP波导平台的单通OPG，在泵浦能量为6.5nJ时获得了74%的量子效率，与传统的单通块状晶体参量转换相比，量子效率增强了两倍以上

      基于ZGP波导的单通OPG与基于块状晶体准相位匹配的OPG的泵浦能量和峰值功率阈值对比：

      基于ZGP波导的单通OPG的泵浦能量和峰值功率阈值比采用准相位匹配的块状晶体的OPG低一个数量级以上。

   论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42912-0