基于氟化物晶体材料的中红外超高Q微谐振器

数十年前，近红外玻璃损耗因光通信发展而被研究。如今中红外特性因分子光谱应用受关注。特别是基于高精细度中红外腔的高灵敏度光谱技术对医学应用很有前景。由于极高纯度和低损耗，基于抛光碱土金属氟化物晶体（即 $\mathrm{XF_2}$ 族，其中 X $=$ Ca, Mg, Ba, Sr,...)的回音壁模式微谐振器在近红外和可见光范围实现了超高质量（Q）因子共振（Q$>$10$^{8}$）。这里我们首次报道使用中红外晶体微谐振器实现超高Q因子。使用非晶态硫属化物（ChG）锥形光纤，来自连续波量子级联激光器（QCL）的光在 4.4 $\mu$m 波长高效耦合到若干晶体微谐振器。我们用腔衰荡技术测量氟化物晶体在中红外的光学Q因子。我们观察到 $\mathrm{MgF_2}$ 微谐振器的品质因子非常接近由晶体多声子吸收引起的根本吸收极限（Q$\sim$10$^{7}$），不同于远离这些根本极限的近红外测量。由于 $\mathrm{BaF_2}$ 和 $\mathrm{SrF_2}$ 中较低的多声子吸收，我们展示在 4.4 $\mu$m 可达到 Q $\geqslant$ 1.4 $\times 10^{8}$ 的超高品质因子。这对应于光学精细度 $\mathcal{F}>$4$\cdot$ 10$^{4}$，是迄今任何类型中红外谐振器的最高值，且比现有技术水平提高10倍以上。此类紧凑超高Q晶体微谐振器为窄线宽频率稳定QCL或中红外Kerr频梳生成提供了途径。