據悉，洛桑聯邦理工學院（EPFL）和IBM的科學家開發了一種新型激光器，相關(guan) 研究成果以“ Ultrafast tunable lasers using lithium niobate integrated photonics”為(wei) 題發表在《Nature》上。

盡管已經證明了基於(yu) LiNbO3的可調諧集成激光器，但該平台在證明頻率敏捷、窄線寬集成激光器方麵的潛力尚未完全挖掘。本文報道了一種基於(yu) 混合氮化矽( Si 3 N 4 - LiNbO 3)光子平台的快速調諧激光器，並演示了其在激光測距中的應用。

這種激光器基於(yu) 一種叫做铌酸鋰的材料，這種材料經常用於(yu) 光調製器領域，它可以控製通過設備傳(chuan) 輸的光的頻率或強度。開發人員表示，新型激光器可能對激光雷達和光學測距產(chan) 生“重大影響”。

铌酸鋰它可以處理大量的光功率，並且具有很高的“Pockels係數”，這意味著當對其施加電場時，它可以改變其光學性質。

本研究研製的 LiNbO 3- Si 3 N 4芯片。圖片來源:Grigorii Likhachev (EPFL)

研究人員通過將铌酸鋰與(yu) 氮化矽結合，實現了他們(men) 的突破，這使他們(men) 能夠生產(chan) 出一種新型的混合集成可調諧激光器。為(wei) 此，該團隊在EPFL製造了基於(yu) 氮化矽的光集成電路，然後在IBM將其與(yu) 铌酸鋰晶圓結合。

LiNbO 3在 Si 3 N 4 PIC上的異構集成

異構、低損耗 Si 3 N 4- LiNbO 3光子集成平台，用於(yu) 快速可調諧自注入鎖定激光器。

激光自注入鎖定

集成、雜化 Si 3 N 4- LiNbO 3平台。

研究人員的平台基於(yu) 超低損耗Si3N4光子集成電路與(yu) 薄膜LiNbO3的異質集成，通過在晶片級直接鍵合，與(yu) 之前演示的芯片級集成相比，具有8.5分貝/米的低傳(chuan) 播損耗，通過自注入鎖定激光二極管實現窄線寬激光。

自注入鎖定DFB激光器的電光頻率調諧。

諧振器以12 × 1015Hz的速度進行電光激光頻率調諧，具有高線性度和低遲滯，同時保持窄線寬。使用混合集成激光器，進行概念驗證相幹光學測距(FMCW激光雷達)實驗。賦予Si3N4光子集成電路LiNbO3，創造了一個(ge) 平台，結合了薄膜LiNbO3和Si3N4的個(ge) 人優(you) 勢，顯示出精確的光刻控製，成熟的製造和超低損耗。

激光雷達的應用

這種方法產(chan) 生了一種具有低頻噪聲(衡量激光頻率穩定性的指標)的激光，同時具有快速的波長調諧——這兩(liang) 種特性都是用於(yu) 光探測和測距(激光雷達)應用的激光器的優(you) 良品質。然後研究人員進行了光學測距實驗，用激光高精度地測量距離。

光學相幹測距演示

使用混合集成激光器的相幹FMCW激光雷達演示。

研究人員表示，這一結果的顯著之處在於(yu) ，激光同時提供了低相位噪聲和快速調諧，這是以前從(cong) 未有過的芯片級集成激光器實現過的。

非均相 Si 3 N 4- LiNbO 3波導的掃描電子顯微鏡圖像。

FMCW激光雷達設置

除了集成激光器之外，混合平台還有潛力實現用於(yu) 電信的集成收發器以及用於(yu) 量子計算的微波光學換能器。

相關(guan) 論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05724-2