山東
光子芯片被放置在一枚1瑞士法郎硬幣上。圖片來源：瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院
科技日報北京6月4日電 （記者張佳欣）瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院研究團隊首次將高性能飛秒激光器集成到光子芯片上，它可產(chǎn)生能量達1.05納焦，脈寬短至147飛秒的激光脈沖，性能可與傳統(tǒng)臺式飛秒激光器相媲美，為超快激光器的小型化和低成本化開辟了新路徑。相關成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志。
光子芯片可以在微小的波導中引導和處理光信號，其作用有些類似電子芯片中的電路。近年來，許多原本需要大型光學設備才能實現(xiàn)的功能，已經(jīng)逐漸被集成到這種芯片上。但飛秒激光器始終是最難攻克的一環(huán)，因為它既要產(chǎn)生極短脈沖，又要保持較高能量，對光場控制要求極高。
此次突破的關鍵在于研究團隊采用了一種此前較少受到關注的激光器架構，即馬梅舍夫振蕩器。在這種結構中，激光腔里的非線性波導被放置在兩個光學濾波器之間，強光脈沖經(jīng)過波導時會擴展出更寬的顏色范圍，從而能夠穿過濾波器并繼續(xù)循環(huán)，較弱的光則無法做到這一點，會被自動濾除。
光在芯片狹窄波導中傳播時，會產(chǎn)生強烈的非線性相互作用。在許多傳統(tǒng)設計中，這種效應容易導致激光脈沖失穩(wěn)，而馬梅舍夫振蕩器對這一問題不那么敏感，因此更適合芯片環(huán)境。團隊利用摻鉺氮化硅平臺制造了這種芯片激光器，雖然激光腔總長度達到42厘米，但通過在芯片上折疊布局，最終被壓縮到僅有火柴頭大小的區(qū)域。團隊展示的樣品可輕松放置在一枚1瑞士法郎硬幣上，其體積遠小于傳統(tǒng)光纖激光器系統(tǒng)。
光子芯片可采用與半導體芯片類似的晶圓級工藝批量制造，一次生產(chǎn)有望集成超過1000個激光腔。這意味著未來超快激光器的制造成本有望顯著降低，并推動其從實驗室走向更廣泛應用。團隊表示，這種芯片級激光器不僅可用于光譜分析、材料缺陷探測和醫(yī)學診斷，還有望成為未來緊湊型光學原子鐘的重要組成，為下一代通信和導航技術提供支撐。
【總編輯圈點】
這一突破的核心價值在于繞開了芯片非線性效應的傳統(tǒng)瓶頸。馬梅舍夫振蕩器的成功驗證表明，光子集成不必一味追求新材料，舊架構在新平臺上同樣能煥發(fā)新生。但需警惕的是，芯片級激光器在批量制造中的一致性、長期穩(wěn)定性以及與現(xiàn)有光電子系統(tǒng)的封裝兼容性問題尚未解決。科研人員應加快建立標準化測試體系與工藝規(guī)范，避免陷入“實驗室驚艷、產(chǎn)線難產(chǎn)”的困境，真正推動技術落地。
來源：科技日報
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