哈佛大學開發(fā)出首個鈮酸鋰片上集成激光器

  ICC訊 據(jù)Phys.org報道，近日哈佛大學工程與應用科學院(SEAS)的研究人員，聯(lián)合Freedom Photonics和HyperLight公司，成功開發(fā)出首個鈮酸鋰芯片全集成高功率激光器，為高功率電信系統(tǒng)、全集成光譜儀、光學遙感和量子網(wǎng)絡高效頻率轉(zhuǎn)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。

  回顧鈮酸鋰光學歷史，從頻率梳到頻率轉(zhuǎn)換器和調(diào)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)界的一個研究難題。長途電信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)和微波光子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸都會依賴激光器產(chǎn)生光載波。大多數(shù)情況，激光器是分立器件，其外置于調(diào)制器，會導致整體系統(tǒng)更加昂貴，并且穩(wěn)定性和可擴展性較低。

片上激光器結(jié)合了一個50GHz鈮酸鋰電光調(diào)制器，以形成一個高功率發(fā)射器(來源：Second Bay Studios/Harvard SEAS)

  關于這項研究成果，SEAS電子工程和應用物理學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系統(tǒng)中，鈮酸鋰集成光學一個很有發(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(zhàn)之一。在這項研究中，我們利用鈮酸鋰集成光學所積累的納米制造工藝和技術來克服這類挑戰(zhàn)，并成功在薄膜鈮酸鋰平臺上實現(xiàn)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(diào)制器相結(jié)合，構建了一個高功率發(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 )激光器將顯著降低未來通信系統(tǒng)的成本、復雜性和功耗，它是一個構建模塊(block)，可以集成到更大的光學系統(tǒng)中，應用于傳感、激光雷達和數(shù)據(jù)電信等諸多應用中。

  通過使用工業(yè)友好的工藝將薄膜鈮酸鋰(TFLN)器件與高功率激光器相結(jié)合，這項研究成為業(yè)界向大規(guī)模、低成本和高性能發(fā)射器陣列和光網(wǎng)絡邁出的關鍵一步。 接下來，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, 哈佛大學工程與應用科學院

  文章來源：https://phys.org/news/2022-04-laser-lithium-niobate-chip.html