這一光子芯片上的波導激光器不但提供了光纖激光器的性能，還有以前無法實現(xiàn)的頻率可調(diào)性。圖片來源：洛桑聯(lián)邦理工學院
科技日報記者?張夢然
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院研究人員研制出有史以來第一個芯片集成的摻鉺波導激光器。該激光器性能接近基于光纖的激光器，且將“精確可調(diào)波長”與“芯片級光子”兩大實用性特點合二為一。這一突破發(fā)表在新一期《自然·光子學》雜志上。
研究人員使用最先進的制造工藝開發(fā)了這個芯片級激光器。他們首先在超低損耗氮化硅光子集成電路上，構(gòu)建了一個片上光腔（一組提供光反饋的鏡子）；然后，在電路中植入高濃度鉺離子，以選擇性地產(chǎn)生激光所需的有源增益介質(zhì)；最后通過激發(fā)鉺離子使其能夠發(fā)光并產(chǎn)生激光束。
為了改進激光器性能并實現(xiàn)精確的波長控制，研究人員進行了創(chuàng)新的腔內(nèi)設計，使其具有一種基于微環(huán)的游標濾光片，這是一種可選擇特定頻率光的濾光片。濾光片允許在很寬的范圍內(nèi)動態(tài)調(diào)諧激光的波長，這一點不但使激光器用途廣泛，同時還確保了它在整個光譜中都保持純凈、穩(wěn)定地輸出。
研究人員表示，該芯片級鉺基激光器的性能優(yōu)于許多傳統(tǒng)系統(tǒng)。它保持了與當前半導體制造工藝的兼容性，這對于在傳感器、陀螺儀、激光雷達和光頻計量等設備中的應用非常重要。
除了以上應用，這一將鉺光纖激光器小型化并集成到芯片級設備中的成果，還可適用于電信、醫(yī)療診斷和消費電子產(chǎn)品中的便攜式和高度集成系統(tǒng)。
總編輯圈點
激光已經(jīng)是現(xiàn)代社會不可或缺的工具。無痛手術(shù)、精密制造、數(shù)據(jù)傳輸……人類對激光器件的需求一直在增長，激光器件的升級也從未停步。近些年，使用摻雜稀土元素如鉺、鐿、釹等的光纖來制造激光成為主流，光纖激光器可謂新一代全能“神器”。然而，想把光纖激光器做小，挑戰(zhàn)可不小。瑞士科學家此次的突破，是將鉺光纖激光器微型化并集成到芯片里，讓小設備也能產(chǎn)生激光。今后我們將在更多應用場景里看到激光雷達、激光通信和激光陀螺儀大顯身手。
