チップ上で紫外光を生成する新型フォトニクスデバイス(Ultraviolet Light That Fits on a Chip)

2026-04-23 ハーバード大学

米ハーバード大学 工学・応用科学部(SEAS)の研究チームは、紫外線(UV)光をチップ上で生成・制御できる新しいフォトニクス技術を開発した。従来、UV光は大型装置が必要で小型集積化が困難だったが、本研究では特殊な非線形光学材料とナノ構造を用い、可視光を効率的にUVへ変換することに成功した。これにより、半導体チップ上でUV光源を実現できる可能性が示された。技術は高精度な分光分析や医療診断、環境モニタリングなどへの応用が期待される。さらに、光学デバイスの小型化・低消費電力化にも寄与し、次世代フォトニクス分野の発展に重要な一歩となる成果である。

チップ上で紫外光を生成する新型フォトニクスデバイス(Ultraviolet Light That Fits on a Chip)
Schematic showing the benefit of sidewall poling vs. traditional pole-after-etch methods.

<関連情報>

側壁分極型ニオブ酸リチウムを用いたミリワットレベルの紫外線発生 Milliwatt-level UV generation using sidewall poled lithium niobate

C. A. A. Franken,S. S. Ghosh,C. C. Rodrigues,J. Yang,C. J. Xin,S. Lu,D. Witt,G. Joe,G. S. Wiederhecker,K.-J. Boller & M. Lončar
Nature Communications  Published:21 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-68524-y

Abstract

Integrated coherent sources of ultra-violet (UV) light are essential for a wide range of applications, from ion-based quantum computing and optical clocks to gas sensing and microscopy. Recently, approaches that use frequency upconversion have received considerable attention. Among these, the integrated thin-film lithium niobate (TFLN) photonic platform shows particular promise. However, to date, the high propagation losses and lack of reliable techniques for consistent poling of cm-long waveguides with small poling periods have impeded progress. Here, we present a sidewall poled lithium niobate (SPLN) waveguide approach that overcomes these obstacles and results in a two-orders-of-magnitude increase in generated UV power. We demonstrate SPLN waveguides featuring record-low propagation losses of 2.3 dB/cm, complete domain inversion across the waveguide cross-section, and an optimum 50% duty cycle, resulting in a record-high normalized conversion efficiency of 5050%W−1cm−2, and 4.2 mW of generated on-chip power at 390 nm wavelength. This advancement makes the TFLN platform a viable option for high-quality on-chip UV generation, benefiting emerging applications.

0403電子応用
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