哈佛大學(xué)開發(fā)出首個(gè)鈮酸鋰片上集成激光器

  ICC訊 據(jù)Phys.org報(bào)道，近日哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)院(SEAS)的研究人員，聯(lián)合Freedom Photonics和HyperLight公司，成功開發(fā)出首個(gè)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(xué)遙感和量子網(wǎng)絡(luò)高效頻率轉(zhuǎn)換等應(yīng)用發(fā)展路徑提供了可能性。這項(xiàng)研究成果已發(fā)表在權(quán)威期刊Optica。

  回顧鈮酸鋰光學(xué)歷史，從頻率梳到頻率轉(zhuǎn)換器和調(diào)制器應(yīng)用，鈮酸鋰光子電路研究可謂發(fā)展迅速，唯獨(dú)片上集成激光器仍然是目前業(yè)界的一個(gè)研究難題。長途電信網(wǎng)絡(luò)、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(huì)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(huì)導(dǎo)致整體系統(tǒng)更加昂貴，并且穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性較低。

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

  關(guān)于這項(xiàng)研究成果，SEAS電子工程和應(yīng)用物理學(xué)Tiantsai Lin教授和該項(xiàng)研究通訊作者 Marko Loncar表示：“在高性能芯片級(jí)光學(xué)系統(tǒng)中，鈮酸鋰集成光學(xué)一個(gè)很有發(fā)展前景的材料平臺(tái)，其中把激光器集成在鈮酸鋰芯片上被公認(rèn)是最大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一。在這項(xiàng)研究中，我們利用鈮酸鋰集成光學(xué)所積累的納米制造工藝和技術(shù)來克服這類挑戰(zhàn)，并成功在薄膜鈮酸鋰平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)集成高功率激光器的目標(biāo)。”

  Loncar和他們的團(tuán)隊(duì)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(tái)刻蝕的小井或溝槽中，并在同一平臺(tái)制造的波導(dǎo)中提供高達(dá)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(gòu)建了一個(gè)高功率發(fā)射器。

  SEAS研究生和該項(xiàng)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(fù)雜性和功耗，它是一個(gè)構(gòu)建模塊(block)，可以集成到更大的光學(xué)系統(tǒng)中，應(yīng)用于傳感、激光雷達(dá)和數(shù)據(jù)電信等諸多應(yīng)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(xiàng)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(luò)邁出的關(guān)鍵一步。 接下來，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是提高激光器的功率和可擴(kuò)展性，以適應(yīng)更多應(yīng)用。

  作者： Leah Burrows, 哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)院

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