光子芯片上掺铒波导激光器面世，可用于传感、电信、医疗诊断和消费电子领域
日期：
2024-06-13
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瑞士洛桑联邦理工学院研究人员研制出有史以来第一个芯片集成的掺铒波导激光器。该激光器性能接近基于光纤的激光器，且将“精确可调波长”与“芯片级光子”两大实用性特点合二为一。这一突破发表在新一期《自然·光子学》杂志上。研究人员使用最先进的制造工艺开发了这个芯片级激光器。他们首先在超低损耗氮化硅光子集成电路上，构建了一个片上光腔（一组提供光反馈的镜子）；然后，在电路中植入高浓度铒离子，以选择性地产生激光所需的有源增益介质；最后通过激发铒离子使其能够发光并产生激光束。为了改进激光器性能并实现精确的波长控制，研究人员进行了创新的腔内设计，使其具有一种基于微环的游标滤光片，这是一种可选择特定频率光的滤光片。滤光片允许在很宽的范围内动态调谐激光的波长，这一点不但使激光器用途广泛，同时还确保了它在整个光谱中都保持纯净、稳定地输出。研究人员表示，该芯片级铒基激光器的性能优于许多传统系统。它保持了与当前半导体制造工艺的兼容性，这对于在传感器、陀螺仪、激光雷达和光频计量等设备中的应用非常重要。除了以上应用，这一将铒光纤激光器小型化并集成到芯片级设备中的成果，还可适用于电信、医疗诊断和消费电子产品中的便携式和高度集成系统。激光已经是现代社会不可或缺的工具。无痛手术、精密制造、数据传输……人类对激光器件的需求一直在增长，激光器件的升级也从未停步。近些年，使用掺杂稀土元素如铒、镱、钕等的光纤来制造激光成为主流，光纤激光器可谓新一代全能“神器”。然而，想把光纤激光器做小，挑战可不小。瑞士科学家此次的突破，是将铒光纤激光器微型化并集成到芯片里，让小设备也能产生激光。今后我们将在更多应用场景里看到激光雷达、激光通信和激光陀螺仪大显身手。
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