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全球首个多色集成激光器诞生,调频速度达1018Hz/s

时间:2022-10-24 20:17:09 来源: OFweek激光网

近日,美国罗彻斯特大学(University of Rochester)电子与计算机工程教授Qiang Lin领导的一个合作研究团队宣布,他们开发出了全球首个多色集成激光器。

值得一提的是,这个激光器能在通信波长发射高相干光束,允许激光频率以创纪录的速度进行调谐,同时也是首个在可见光波段具有快速配置能力的窄线宽激光器,将有望重塑集成光子学的前景。

具体而言,他们把薄膜铌酸锂外腔引进到片上激光器,从而制备出了调频速度达1018Hz/s量级的窄线宽激光器,以及首个通信与可见光同时激射的集成激光器。

全球首个多色集成激光器诞生,调频速度达1018Hz/s

图片来源:University of Rochester

该项目由美国加州大学圣巴巴拉分校特聘教授John Bowers和美国加州理工学院(Caltech)教授Kerry Vahala共同领导,相关成果发表在《自然·通讯》杂志上。据悉,美国克莱姆森大学(Clemson University)教授Lin Zhu也参与了该项目。

上述研究团队指出,这一技术将为集成半导体激光器在激光雷达(光探测和测距)遥感中的新应用铺平道路,例如用于自动驾驶汽车。该技术还可能推动微波光子学、原子物理学和AR/VR等领域的相关进展。

集成半导体激光器一直是集成光子学的核心,在过去几十年中推动了信息技术和基础科学的许多进步。相干性方面的进步甚至极大地提高了通信的数据容量,以及片上传感和频率计量系统的精度。但可惜目前主流的集成激光器通常缺少一些关键功能。其中,缺乏快速可重构性、光谱窗口狭窄这两个主要挑战,已经成为阻碍许多应用进展和落地的关键瓶颈。

针对这些痛点,上述研究团队成功克服了一系列挑战,并基于“普克尔斯效应”(Pockels effect,又称“一级电光效应”)创造了一种新型集成半导体激光器,该激光器集成了锂-铌酸盐绝缘体平台。

通过使用绝缘铌酸锂(LNOI)波导元件形成外腔,研究团队将集成激光器中的III-V增益部分与“普克尔斯效应”结合起来,从而为片上激光器增添了几个新功能,包括窄线宽激光器(基本线宽11.3kHz)。

此外,Pockels激光器的一大优点是能够在激光腔内集成波长转换器,从而通过操作电信泵浦激光器,提供可见光的快速重新配置。

而基于EO效应,该设备具备了良好的可重构性,实现了创纪录的2.0倍激光频率调制速度EHz/s,切换速度更是高达50MHz。

研究人员指出,未来,该技术有望实现调频连续波激光雷达和量子信息系统光源的芯片化,并在硅光产线量产。

据介绍,这项新技术涵盖了以下优势特点:

- 快速频率啁啾。这在激光雷达传感器系统中是非常关键的一点。该系统通过记录短脉冲发射和接收反射光之间的时间来测量距离。

- 克服传统集成半导体激光器频谱带宽限制的频率转换能力。这将显著减少开发新波长激光器的困难。

- 波长窄,可快速重构,提供“全片上激光解决方案”来探测和操作原子物理中的原子和离子,并有利于AR/VR和其他短波应用。


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