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技術(shù)前沿

芯片級(jí)激光器研究取得進(jìn)展,僅指尖大小

激光制造網(wǎng) 來源:老one編譯2023-01-06 我要評(píng)論(0 )   

由 Lipson Nanophotonics Group 創(chuàng)建的集成激光平臺(tái)。 近日,《激光制造網(wǎng)》獲悉,Columbia Engineering(哥倫比亞工程學(xué)院)的利普森納米光子學(xué)小組(Lipson Nanophoto...

由 Lipson Nanophotonics Group 創(chuàng)建的集成激光平臺(tái)。    

    近日,《激光制造網(wǎng)》獲悉,Columbia Engineering(哥倫比亞工程學(xué)院)的利普森納米光子學(xué)小組(Lipson Nanophotonics Group)在量子光學(xué)和AR/VR激光顯示器等具有影響力的技術(shù)方面取得了重大進(jìn)展,發(fā)明了首個(gè)可調(diào)諧的窄線寬芯片級(jí)激光器,適用于比紅色更短的可見光波長(zhǎng)。該研究小組由電氣工程教授和應(yīng)用物理學(xué)教授 Michal Lipson 領(lǐng)導(dǎo)。

    開發(fā)團(tuán)隊(duì)談及研究的初衷時(shí)表示:“集成光子學(xué)一直缺少實(shí)現(xiàn)完全小型化的關(guān)鍵組件:高性能、芯片級(jí)激光器。雖然近紅外激光器已經(jīng)取得了一些進(jìn)展,但目前為光子芯片供電的可見光激光器仍然是臺(tái)式的,而且價(jià)格高昂。由于可見光對(duì)于包括量子光學(xué)、顯示器和生物成像在內(nèi)的廣泛應(yīng)用至關(guān)重要,因此需要可調(diào)諧窄線寬芯片級(jí)激光器來發(fā)射不同顏色的光?!?br/>

指尖大小的激光器

    利普森納米光子學(xué)小組的研究人員已經(jīng)創(chuàng)造出了從近紫外到近紅外的非常純凈的可見光激光器,可以安裝在指尖上。激光器的顏色可以精確調(diào)整,而且速度極快,最高可達(dá)每秒267PB,這對(duì)于量子光學(xué)等應(yīng)用至關(guān)重要。開發(fā)人員將其描述為“用于AR/VR的量子光學(xué)和激光顯示器的顯著小型化進(jìn)步”。

    該團(tuán)隊(duì)在發(fā)表在《Nature Photonics(自然光子學(xué))》的論文中率先展示了芯片級(jí)窄線寬和可調(diào)諧激光器,用于波長(zhǎng)比紅色更短的光——綠色、青色、藍(lán)色和紫色。這些廉價(jià)的激光器還具有發(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(zhǎng)(404 nm)。

    該論文的主要作者 Mateus Corato Zanarella博士表示:“這項(xiàng)工作令人興奮的是,我們利用集成光子學(xué)的力量打破了現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn),即高性能可見光激光器必須是臺(tái)式的,并且需要花費(fèi)數(shù)萬美元。” 

    “到目前為止,還不可能縮小和大規(guī)模部署需要可調(diào)諧和窄線寬可見光激光器的技術(shù)。尤其是量子光學(xué),它需要在單個(gè)系統(tǒng)中使用多種顏色的高性能激光器。我們預(yù)計(jì),我們的發(fā)現(xiàn)將為現(xiàn)有和新技術(shù)提供完全集成的可見光系統(tǒng)?!?/p>

耦合和傳播損耗問題的解決方案

    研究人員通過選擇Fabry-Perot(FP,法布里-珀羅 )二極管作為光源來解決了耦合損耗問題,這最大限度地降低了損耗對(duì)芯片級(jí)激光器性能的影響。

    與使用不同類型光源的其他策略不同,該團(tuán)隊(duì)的方法能夠?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的短波長(zhǎng) (404nm) 激光,同時(shí)還提供高光功率的可擴(kuò)展性。FP激光二極管是一種廉價(jià)且緊湊的固態(tài)激光器,廣泛應(yīng)用于研究和工業(yè)。

    然而,它們同時(shí)發(fā)出多種波長(zhǎng)的光并不容易調(diào)諧,這阻礙了它們直接用于需要純凈和精確激光的應(yīng)用。通過將它們與專門設(shè)計(jì)的光子芯片相結(jié)合,研究人員能夠?qū)⒓す獍l(fā)射修改為單頻、窄線寬和廣泛可調(diào)諧。

    該團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)一個(gè)平臺(tái)來克服傳播損耗問題,該平臺(tái)可以同時(shí)最小化所有可見波長(zhǎng)的材料吸收和表面散射損耗。為了引導(dǎo)光線,他們使用了氮化硅,這是一種廣泛用于半導(dǎo)體行業(yè)的電介質(zhì),對(duì)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(rèn)識(shí)到集成光子學(xué)將對(duì)我們的行業(yè)產(chǎn)生巨大影響,并將實(shí)現(xiàn)迄今為止不可能實(shí)現(xiàn)的新一代應(yīng)用?!?Toptica Photonics激光技術(shù)總監(jiān) Chris Haimberger 評(píng)價(jià)說:“這項(xiàng)工作代表了在追求緊湊和可調(diào)諧可見激光器方面向前邁出的重要一步,這種激光器將為計(jì)算、醫(yī)學(xué)和工業(yè)的未來發(fā)展提供動(dòng)力?!?/p>

下一步的工作

    據(jù)《激光制造網(wǎng)》了解,該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為他們的技術(shù)申請(qǐng)了臨時(shí)專利。研究人員現(xiàn)在正在探索如何對(duì)激光器進(jìn)行光學(xué)和電氣封裝,將它們變成獨(dú)立的單元,并將它們用作芯片級(jí)可見光引擎、量子實(shí)驗(yàn)和光學(xué)時(shí)鐘的光源。

    “為了向前發(fā)展,我們必須能夠小型化和規(guī)?;顾鼈冏罱K能夠融入大規(guī)模部署的技術(shù)中,”Michal Lipson教授說,“集成光子學(xué)是一個(gè)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等?!?/p>

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