小型化高效率中紅外激光器是近些年中紅外領域的研究重點，其在中紅外光譜探測、超靈敏分子遙感、環境實時監測等應用方面意義重大。基于非線性頻率轉換的片上中紅外激光器因其可實現超寬帶光譜輸出、超短脈沖激射而被認為是除量子級聯激光器外小型化中紅外激光的最有前景的解決方案之一。然而目前該類型中紅外激光器的研究主要集中于基于硅、鍺等材料的三階非線性波導平臺上，其往往需要復雜精細的波導色散調控、高品質因數的微型諧振腔來實現較高效率的中紅外激光輸出。因此尋求簡單高效的基于非線性頻率轉換的片上中紅外激光產生是亟待解決的一項技術難題。

基于以上重大需求和挑戰，四川大學電子信息學院梁厚昆團隊聯合深圳技術大學楊煥團隊，基于“材料二階非線性響應遠大于三階非線性響應”的指導思想，結合晶圓鍵合、光學拋磨、激光直寫等現有成熟技術，首次成功實現將雙折射晶體進行片上集成，開發了一種全新的基于非線性頻率轉換的中紅外波導平臺。通過波導尺寸設計，基于雙折相位匹配，實現了低閾值、高效率可寬帶調諧的長波長中紅外激光，相比于傳統基于塊狀晶體的單通非線性頻率轉換光源而言，其量子轉換效率提升了兩個數量級，高達74％，并將現有中紅外激光產生閾值降低了一個量級。該工作為下一代高效率中紅外激光產生提供的新的研究方向，也為其他雙折射晶體小型化提供了有利的指導。文章以Highly efficient octave－spanning long－wavelength infrared generation with a 74％ quantum efficiency in a χ（2） waveguide為題發表在Nature Communications．

波導制作流程圖

裝置圖和輸出激光特性圖

該工作為下一代高效率中紅外激光產生提供的新的研究方向，也為其他雙折射晶體小型化提供了有利的指導。

審核編輯：黃飛