可见光激光器缩小到芯片级

美国的研究人员创造了第一个高性能、可调谐和窄线宽可见光激光器，这些激光器小到足以安装在光子芯片上。 由哥伦比亚大学工程与应用科学学院的一个团队开发的新型激光器的工作波长比电磁波谱的红色部分短，可用于量子光学、生物成像和激光显示等技术。

“到目前为止，与我们开发的激光器性能相似的激光器都是台式尺寸且价格昂贵，这使得它们不适合用于便携式原子钟和 AR/VR [增强现实和虚拟现实] 设备等高影响力技术，”解释说 马特乌斯科拉托扎纳雷拉，成员 Michal Lipson 的纳米光子学组 在哥伦比亚。 “在我们的工作中，我们展示了如何使用集成光子学来大幅缩小复杂激光系统的尺寸。”

他补充说，集成光子学已经彻底改变了我们在数据通信、成像、传感和生物医学设备等应用中控制光的方式。 通过使用微米级和纳米级组件对光进行路由和整形，现在可以将整个光学系统缩小到可以放在指尖上的物体。 然而，尽管取得了巨大进步，但一直缺乏高性能芯片级激光器——这意味着实现完全小型化的关键组件仍然遥不可及。

波长短于红光的可调窄线宽光

Columbia 的新型片上激光平台率先展示波长短于红光的可调谐窄线宽光，具有集成激光平台中最小的占地面积和最短的波长 (404 nm)。 它由作为光源的商用法布里-珀罗激光二极管和带有微米级氮化硅谐振器的光子集成芯片 (PIC) 组成。 后一个组件旨在通过称为自注入锁定的物理过程将激光发射修改为单频、易于调节和窄线宽。 如果没有这个 PIC，该设备将发射多个波长并且不容易调谐。

“每个激光二极管最初都会发出不同颜色的不纯光，我们设计我们的 PIC 来‘净化’这种发射，”Zanarella 说 物理世界. “当我们将二极管和芯片组合在一起时，PIC 提供的选择性和可控光学反馈会迫使激光器发出高纯度的单一颜色，而不是多种色调。”

高端应用

研究人员表示，他们可以以精确和快速的方式产生和控制从近紫外到近红外颜色的纯光——高达 267 拍赫兹/秒。 这种光可以用于高端应用，例如便携式原子钟，而以前由于所需激光源的尺寸而无法实现。 其他潜在应用包括量子信息、生物传感、水下激光测距 (LiDAR) 和 Li-Fi（可见光通信）。

超短可见光脉冲变得容易

Zanarella 说：“这项工作令人兴奋的是，我们利用集成光子学的力量打破了高性能可见激光器需要台式且成本数万美元的现有范例。” “到目前为止，缩小和大规模部署需要可调谐窄线宽可见激光器的技术是不可能的。 一个值得注意的例子是量子光学，它需要在单个系统中使用多种颜色的高性能激光器。 我们希望我们的发现能够为现有技术和新技术实现完全集成的可见光系统。”

哥伦比亚大学的研究人员现在打算将他们的芯片级激光器变成独立的单元，以便在实际应用中轻松部署。 他们还为他们的技术申请了专利，他们在 自然光子学“.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/visible-light-lasers-shrink-to-chip-scale/