指尖大小的高性能超快激光器制成

基于納米光子鈮酸鋰的芯片級(jí)超快鎖模激光器。圖片來源：阿里雷扎·馬蘭迪

據(jù)《科學(xué)》雜志新發(fā)表的一篇封面文章介紹，美國紐約市立大學(xué)研究人員展示了一種在納米光子芯片上創(chuàng)建高性能超快激光器的新方法。這種小型化鎖模激光器，能以飛秒（萬億分之一秒）間隔發(fā)射一系列超短相干光脈沖。

超快鎖模激光器可有助解開自然界最快時(shí)間尺度的秘密，例如化學(xué)反應(yīng)過程中分子鍵的形成或斷裂，或者湍流介質(zhì)中的光傳播。鎖模激光器的高速、脈沖峰值強(qiáng)度和廣譜覆蓋范圍也使得許多光子技術(shù)成為可能，包括光學(xué)原子鐘、生物成像以及利用光計(jì)算和處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。

但目前最先進(jìn)的鎖模激光器仍然屬于極為昂貴的、功率要求高的桌面系統(tǒng)，僅限于實(shí)驗(yàn)室使用。新研究的目標(biāo)就是將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭膳可a(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)部署的芯片大小的系統(tǒng)。

此次研究人員利用了一種薄膜鈮酸鋰（TFLN）新興材料平臺(tái)，對(duì)其施加外部射頻電信號(hào)就可有效地整形和精確控制激光脈沖。團(tuán)隊(duì)將III-V族半導(dǎo)體的高激光增益和TFLN納米級(jí)光子波導(dǎo)的高效脈沖整形能力結(jié)合起來，研制出一種發(fā)射0.5瓦高輸出峰值功率的激光器。

除了像指尖般大小的緊湊尺寸之外，新展示的鎖模激光器還表現(xiàn)出許多傳統(tǒng)激光器無法達(dá)到的特性，例如只要調(diào)節(jié)泵浦電流，其就能在200兆赫茲的寬范圍內(nèi)精確調(diào)諧輸出脈沖的重復(fù)頻率。團(tuán)隊(duì)希望通過激光器的強(qiáng)大可重構(gòu)性，實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)、頻率穩(wěn)定的梳狀源，這對(duì)于精密傳感至關(guān)重要。

這一成果的實(shí)用性包括可使用手機(jī)診斷眼部疾病，或分析食物和環(huán)境中的大腸桿菌以及危險(xiǎn)病毒，并可在GPS受損或不可用時(shí)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。

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