據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，Columbia Engineering公司的利普森納米光子學小組（Lipson Nanophotonics Group）研發(fā)出“其首個可調(diào)諧窄線寬芯片級激光器”，這是在量子光學、增強現(xiàn)實（AR）/虛擬現(xiàn)實（VR）激光顯示、生物傳感等有影響力技術(shù)方面取得的重大進步。Columbia Engineering研發(fā)團隊評論說：“集成光子學一直缺少實現(xiàn)完全小型化的關(guān)鍵器件：高性能、芯片級激光器”。

Columbia Engineering研發(fā)的可調(diào)諧窄線寬芯片級激光器

Columbia Engineering公告補充道：“雖然近紅外激光器取得了一些進展，但目前為光子芯片供能的可見光激光器仍然沒有完全芯片化，而且價格昂貴。由于可見光對于包括量子光學、激光顯示和生物成像在內(nèi)的廣泛應用至關(guān)重要，因此需要可調(diào)諧窄線寬芯片級激光器來發(fā)射不同顏色的光?！?/p>

Columbia Engineering研究人員開發(fā)出非常純色的芯片級激光器，波長覆蓋從近紫外到近紅外。激光器的顏色可以精確調(diào)整并且速度極快——高達每秒267拍赫茲（PHz），這對于量子光學等應用至關(guān)重要。

該研究團隊率先在Nature Photonics期刊上展示了可調(diào)諧窄線寬芯片級激光器，用于波長比紅色更短的光——綠色、青色、藍色和紫色。該激光器不僅成本低廉，還具有在發(fā)射可見光的任何可調(diào)諧窄線寬集成激光器中最小的體積和最短的波長（404nm）。

“這項工作令人興奮的是，我們利用集成光子學的力量打破了現(xiàn)有的標準，即高性能、可見光范圍的可調(diào)諧窄線寬激光器的大體積及高成本（數(shù)萬美元）?！边@項工作的主要研究人員之一Mateus Corato Zanarella表示，“到目前為止，縮小和大規(guī)模部署需要可調(diào)諧窄線寬可見光激光器的技術(shù)是不可能的。一個值得注意的例子是量子光學，其需要在單個系統(tǒng)中使用多種顏色的高性能激光器。我們希望我們的研究工作能夠為現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)實現(xiàn)完全集成的可見光系統(tǒng)?！?/p>

研究人員通過選擇法布里-珀羅（FP）二極管作為光源解決了耦合損耗問題，最大限度地降低了損耗對芯片級激光器性能的影響。與使用不同類型光源的其它策略不同，該研究團隊的方法能夠?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)紀錄的短波長（404 nm）激光，同時還提供高光功率的可擴展性，F(xiàn)P激光二極管是一種廉價且緊湊的固態(tài)激光器，廣泛應用于科研和工業(yè)。

然而，F(xiàn)P激光二極管同時發(fā)出多個波長的光并且不容易調(diào)諧，這阻礙了其直接用于需要純色的激光應用。通過將FP激光二極管與專門設(shè)計的光子芯片相結(jié)合，研究人員能夠?qū)⒓す馄靼l(fā)射的光改變?yōu)閱晤l、窄線寬、可調(diào)諧。

該研究團隊通過設(shè)計一個集成光子學平臺來克服傳輸損耗問題，該平臺可以同時最小化所有可見光波長的材料吸收和表面散射損耗。為了引導光線，他們使用了氮化硅（SiN），這是一種廣泛用于半導體行業(yè)的電介質(zhì)，對所有顏色的可見光都是透明的。

“作為一家激光器制造商，我們認識到集成光子學將對激光器行業(yè)產(chǎn)生巨大影響，并將實現(xiàn)迄今為止不可能實現(xiàn)的新一代應用?！盩optica Photonics激光技術(shù)總監(jiān)Chris Haimberger說道，“這項工作代表了在追求緊湊和可調(diào)諧可見光激光器方面向前邁出的重要一步，這種激光器將為量子計算、生物醫(yī)療和工業(yè)應用的未來發(fā)展提供動力?！?/p>

研究人員已經(jīng)為他們的技術(shù)申請了專利，他們現(xiàn)在正在探索如何對激光器進行光學和電氣封裝，將其變成獨立的單元，并將其用作芯片級可見光引擎、量子實驗和光學時鐘的光源。

“為了向前發(fā)展，我們必須要能夠小型化和擴展這些激光器，使其最終能夠融入大規(guī)模應用部署的技術(shù)之中?！盋olumbia Engineering表示，“集成光子學是一個令人興奮的領(lǐng)域，它正在徹底改變我們的世界，從光通信到量子信息，再到生物傳感?！?/p>

審核編輯 ：李倩