飞秒激光直写Tm,Yb:YAG晶体双线波导的微结构调控与光学各向异性研究

本文创新性地采用飞秒激光直写（FsLDW）技术在Tm,Yb:YAG晶体中构建双线波导（dual-line waveguides），通过显微形貌表征和端面耦合实验证实其在可见/近红外波段具有低传输损耗特性，首次利用反射差分光谱（RDS）直接观测到应力诱导双折射效应，为稀土掺杂晶体（Tm3+/Yb3+）的光子器件集成提供了重要参考。

　　

Highlight

本研究通过飞秒激光直写（FsLDW）在Tm,Yb:YAG晶体中成功制备双线波导结构，结合显微形貌分析和端面耦合实验，揭示了激光参数（脉冲能量5.8μJ、扫描速度0.4mm/s）对波导性能的调控规律，并首次采用反射差分光谱（RDS）直观捕捉到应力诱导的光学各向异性现象。

Results and discussion

图1(a1)-(c1)显示不同脉冲能量（4.6-7.0μJ）下双线波导的横截面形貌。有趣的是，两条激光刻蚀轨迹间的区域因应力叠加形成高折射率导光区，而轨迹本身呈现折射率下降特征。微拉曼光谱证实晶格振动模式发生蓝移，表明激光诱导了局部压缩应变——这就像给晶体"穿上了一件光学紧身衣"，从而实现对光场的精准束缚。

Conclusion

我们不仅建立了双线波导的优化制备工艺（传播损耗低至0.8dB/cm），更通过RDS技术首次"看见"了YAG晶体中隐藏的应力双折射效应。这项研究为开发基于稀土离子（Tm³⁺/Yb³⁺）的三维集成光子器件提供了新思路。