Microresonadores cristalinos AlN de alta calidad integrada para peines de frecuencia Kerr y Raman de banda ancha

El desarrollo de microresonadores integrados en plano con altos factores de calidad (Q’s) es crucial para la fotónica no lineal en un chip robusto. En comparación con el silicio y el nitruro de silicio, el nitruro de aluminio (AlN) presenta susceptibilidades cuadráticas y cúbicas intrínsecas, así como un enorme ancho de banda (∼6.2 eV), que lo convierte en ideal para interacciones ópticas no lineales. Sin embargo, el AlN policristalino pulverizado es susceptible a la dispersión y a pérdidas de absorción relacionadas con defectos, lo que induce factores de calidad limitados. Aquí, demostramos AlN monocristalino crecido epitaxialmente sobre zafiro como una nueva plataforma no lineal para la generación de peines de frecuencia a escala de chip de banda ancha. Fabricamos un microring de AlN sobre zafiro con un alto factor de calidad cargado de 1.1 × 106 y logramos un peine Kerr de banda ancha puro con líneas espectrales observables que oscilan entre ∼145 y 275 THz y un umbral paramétrico bajo de ∼25 mW. Como el AlN cristalino exhibe una fuerte ganancia Raman, investigamos además la influencia de la dispersión Raman estimulada (SRS) en la mezcla de cuatro ondas (FWM) comparando el proceso no lineal en chips de AlN con geometrías distintas. Al ubicar la bomba en un régimen de dispersión normal, alcanzamos un peine Raman de banda ancha a través de FWM asistido por Raman y observamos una formación de “subpeine” aguda mediante cruce de modos evitado. La interacción entre FWM y SRS observada en AlN también es aplicable a otras plataformas cristalinas.