芯片級(jí)激光器研發(fā)取得新進(jìn)展
自 20 世紀(jì) 60 年代以來(lái)，激光給世界帶來(lái)了革命性的變化，如今已成為從尖端手術(shù)和精密制造到光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)痊F(xiàn)代應(yīng)用中不可或缺的工具。 ? i{?Q,
但是，隨著激光應(yīng)用需求的增長(zhǎng)，挑戰(zhàn)也隨之而來(lái)。例如，光纖激光器的市場(chǎng)正在不斷擴(kuò)大，目前主要用于工業(yè)切割、焊接和打標(biāo)應(yīng)用。 ~y<0Cc 3Vs
光纖激光器使用摻雜稀土元素（鉺、鐿、釹等）的光纖作為光學(xué)增益源（產(chǎn)生激光的部分）。光纖激光器能發(fā)出高質(zhì)量的光束，輸出功率高，效率高，維護(hù)成本低，經(jīng)久耐用，而且體積通常比氣體激光器小。光纖激光器還是低相位噪聲的 “黃金標(biāo)準(zhǔn)”，這意味著它們的光束可以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。 c4H6I~2Na
盡管如此，人們對(duì)芯片級(jí)光纖激光器微型化的需求仍在不斷增長(zhǎng)。基于鉺的光纖激光器尤其令人感興趣，因?yàn)樗鼈兎媳３旨す馄鞲呦喔尚院头�(wěn)定性的所有要求。但是，如何在小尺度上保持光纖激光器的性能，一直是微型化光纖激光器面臨的挑戰(zhàn)。 \5ls
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現(xiàn)在，EPFL 的Yang Liu博士和 Tobias Kippenberg 教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們制造出了首臺(tái)芯片集成的摻鉺波導(dǎo)激光器，其性能接近光纖激光器，同時(shí)兼具寬波長(zhǎng)可調(diào)諧性和芯片級(jí)光子集成的實(shí)用性。這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）上。 z|#*c5Y9w
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構(gòu)建芯片級(jí)激光器 )lG}B U.
研究人員采用最先進(jìn)的制造工藝開發(fā)了芯片級(jí)鉺激光器。他們首先在超低損耗氮化硅光子集成電路的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一個(gè)一米長(zhǎng)的片上光腔（一組提供光反饋的反射鏡）。 Od ! )MQ*,
Yang Liu博士說(shuō)：“盡管芯片尺寸小巧，但我們?nèi)阅軐⒓す馇辉O(shè)計(jì)成一米長(zhǎng)，這要?dú)w功于這些微孔諧振器的集成，它們能有效延長(zhǎng)光路，而不會(huì)在物理上增大器件。” Rl? 1|$ %
然后，研究小組在電路中植入高濃度鉺離子，選擇性地產(chǎn)生激光所需的有源增益介質(zhì)。最后，他們將電路與 III-V 族半導(dǎo)體泵浦激光器集成，以激發(fā)鉺離子，使其發(fā)光并產(chǎn)生激光束。 V]H(;+^P
為了完善激光器的性能并實(shí)現(xiàn)精確的波長(zhǎng)控制，研究人員設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新的腔內(nèi)設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是基于微孔的 Vernier 過(guò)濾器，這是一種可以選擇特定光頻的光學(xué)過(guò)濾器。 VGS%U8;
這種濾光片可以在很大范圍內(nèi)對(duì)激光波長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而使其具有多功能性，適用于各種應(yīng)用。這種設(shè)計(jì)支持穩(wěn)定的單模激光，其內(nèi)在線寬僅為 50 Hz，非常窄，令人印象深刻。 H$`U]
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它還具有顯著的邊模抑制功能--激光能夠以單一、穩(wěn)定的頻率發(fā)光，同時(shí)將其他頻率（“邊模”）的強(qiáng)度降至最低。這確保了高精度應(yīng)用在整個(gè)光譜范圍內(nèi)的 “干凈 ”和穩(wěn)定輸出。 z !K2UTX
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基于摻鉺光子集成電路的混合集成激光器的光學(xué)圖像，提供光纖激光器的相干性和以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的頻率可調(diào)諧性。 =o#Z?Bn5
功率、精度、穩(wěn)定性和低噪音 E7X6RB b
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