由 Lipson Nanophotonics Group 創建的集成激光平台。    

    近日，《fun88网页下载》獲悉，Columbia Engineering（哥倫(lun) 比亞(ya) 工程學院）的利普森納米光子學小組（Lipson Nanophotonics Group）在量子光學和AR/VR激光顯示器等具有影響力的技術方麵取得了重大進展，發明了首個(ge) 可調諧的窄線寬芯片級激光器，適用於(yu) 比紅色更短的可見光波長。該研究小組由電氣工程教授和應用物理學教授 Michal Lipson 領導。

    開發團隊談及研究的初衷時表示：“集成光子學一直缺少實現完全小型化的關(guan) 鍵組件：高性能、芯片級激光器。雖然近紅外激光器已經取得了一些進展，但目前為(wei) 光子芯片供電的可見光激光器仍然是台式的，而且價(jia) 格高昂。由於(yu) 可見光對於(yu) 包括量子光學、顯示器和生物成像在內(nei) 的廣泛應用至關(guan) 重要，因此需要可調諧窄線寬芯片級激光器來發射不同顏色的光。”

指尖大小的激光器

    利普森納米光子學小組的研究人員已經創造出了從(cong) 近紫外到近紅外的非常純淨的可見光激光器，可以安裝在指尖上。激光器的顏色可以精確調整，而且速度極快，最高可達每秒267PB，這對於(yu) 量子光學等應用至關(guan) 重要。開發人員將其描述為(wei) “用於(yu) AR/VR的量子光學和激光顯示器的顯著小型化進步”。

    該團隊在發表在《Nature Photonics（自然光子學）》的論文中率先展示了芯片級窄線寬和可調諧激光器，用於(yu) 波長比紅色更短的光——綠色、青色、藍色和紫色。這些廉價(jia) 的激光器還具有發射可見光的任何可調諧窄線寬集成激光器中最小的體(ti) 積和最短的波長（404 nm）。

    該論文的主要作者 Mateus Corato Zanarella博士表示：“這項工作令人興(xing) 奮的是，我們(men) 利用集成光子學的力量打破了現有的標準，即高性能可見光激光器必須是台式的，並且需要花費數萬(wan) 美元。” 

    “到目前為(wei) 止，還不可能縮小和大規模部署需要可調諧和窄線寬可見光激光器的技術。尤其是量子光學，它需要在單個(ge) 係統中使用多種顏色的高性能激光器。我們(men) 預計，我們(men) 的發現將為(wei) 現有和新技術提供完全集成的可見光係統。”

耦合和傳(chuan) 播損耗問題的解決(jue) 方案

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

    與(yu) 使用不同類型光源的其他策略不同，該團隊的方法能夠實現創紀錄的短波長 (404nm) 激光，同時還提供高光功率的可擴展性。FP激光二極管是一種廉價(jia) 且緊湊的固態激光器，廣泛應用於(yu) 研究和工業(ye) 。

    然而，它們(men) 同時發出多種波長的光並不容易調諧，這阻礙了它們(men) 直接用於(yu) 需要純淨和精確激光的應用。通過將它們(men) 與(yu) 專(zhuan) 門設計的光子芯片相結合，研究人員能夠將激光發射修改為(wei) 單頻、窄線寬和廣泛可調諧。

    該團隊通過設計一個(ge) 平台來克服傳(chuan) 播損耗問題，該平台可以同時最小化所有可見波長的材料吸收和表麵散射損耗。為(wei) 了引導光線，他們(men) 使用了氮化矽，這是一種廣泛用於(yu) 半導體(ti) 行業(ye) 的電介質，對所有顏色的可見光都是透明的。

    “作為(wei) 一家激光器製造商，我們(men) 認識到集成光子學將對我們(men) 的行業(ye) 產(chan) 生巨大影響，並將實現迄今為(wei) 止不可能實現的新一代應用。” Toptica Photonics激光技術總監 Chris Haimberger 評價(jia) 說：“這項工作代表了在追求緊湊和可調諧可見激光器方麵向前邁出的重要一步，這種激光器將為(wei) 計算、醫學和工業(ye) 的未來發展提供動力。”

下一步的工作

    據《fun88网页下载》了解，該研究團隊已經為(wei) 他們(men) 的技術申請了臨(lin) 時專(zhuan) 利。研究人員現在正在探索如何對激光器進行光學和電氣封裝，將它們(men) 變成獨立的單元，並將它們(men) 用作芯片級可見光引擎、量子實驗和光學時鍾的光源。

    “為(wei) 了向前發展，我們(men) 必須能夠小型化和規模化，使它們(men) 最終能夠融入大規模部署的技術中，”Michal Lipson教授說，“集成光子學是一個(ge) 令人興(xing) 奮的領域，它正在徹底改變我們(men) 的世界，從(cong) 光通信到量子信息再到生物傳(chuan) 感等。”