哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)出首個(gè)鈮酸鋰片上集成激光器

  ICC訊 據Phys.org報道，近日哈佛大學(xué)工程與應用科學(xué)院(SEAS)的研究人員，聯(lián)合Freedom Photonics和HyperLight公司，成功開(kāi)發(fā)出首個(gè)鈮酸鋰芯片全集成高功率激光器，為高功率電信系統、全集成光譜儀、光學(xué)遙感和量子網(wǎng)絡(luò )高效頻率轉換等應用發(fā)展路徑提供了可能性。這項研究成果已發(fā)表在權威期刊Optica。

  回顧鈮酸鋰光學(xué)歷史，從頻率梳到頻率轉換器和調制器應用，鈮酸鋰光子電路研究可謂發(fā)展迅速，唯獨片上集成激光器仍然是目前業(yè)界的一個(gè)研究難題。長(cháng)途電信網(wǎng)絡(luò )、數據中心光互聯(lián)和微波光子系統數據傳輸都會(huì )依賴(lài)激光器產(chǎn)生光載波。大多數情況，激光器是分立器件，其外置于調制器，會(huì )導致整體系統更加昂貴，并且穩定性和可擴展性較低。

片上激光器結合了一個(gè)50GHz鈮酸鋰電光調制器，以形成一個(gè)高功率發(fā)射器(來(lái)源：Second Bay Studios/Harvard SEAS)

  關(guān)于這項研究成果，SEAS電子工程和應用物理學(xué)Tiantsai Lin教授和該項研究通訊作者 Marko Loncar表示：“在高性能芯片級光學(xué)系統中，鈮酸鋰集成光學(xué)一個(gè)很有發(fā)展前景的材料平臺，其中把激光器集成在鈮酸鋰芯片上被公認是最大的設計挑戰之一。在這項研究中，我們利用鈮酸鋰集成光學(xué)所積累的納米制造工藝和技術(shù)來(lái)克服這類(lèi)挑戰，并成功在薄膜鈮酸鋰平臺上實(shí)現集成高功率激光器的目標?！?

  Loncar和他們的團隊在集成芯片上使用了小型化、高功率分布式反饋激光器(DFB)。在芯片上，激光器位于鈮酸鋰平臺刻蝕的小井或溝槽中，并在同一平臺制造的波導中提供高達60毫瓦的光功率。研究人員將激光器與50GHz鈮酸鋰電光調制器相結合，構建了一個(gè)高功率發(fā)射器。

  SEAS研究生和該項研究第一作者Amirhassan Shams-Ansari表示：“集成高性能、即插即用(plug-and-play )激光器將顯著(zhù)降低未來(lái)通信系統的成本、復雜性和功耗，它是一個(gè)構建模塊(block)，可以集成到更大的光學(xué)系統中，應用于傳感、激光雷達和數據電信等諸多應用中。

  通過(guò)使用工業(yè)友好的工藝將薄膜鈮酸鋰(TFLN)器件與高功率激光器相結合，這項研究成為業(yè)界向大規模、低成本和高性能發(fā)射器陣列和光網(wǎng)絡(luò )邁出的關(guān)鍵一步。 接下來(lái)，該團隊的目標是提高激光器的功率和可擴展性，以適應更多應用。

  作者： Leah Burrows, 哈佛大學(xué)工程與應用科學(xué)院

  文章來(lái)源：https://phys.org/news/2022-04-laser-lithium-niobate-chip.html