薄膜铌酸鋰thin-film lithium niobate（LiNbO3）已經實現了低損耗光子集成電路、提升了半波電壓的調製器、電光頻率梳和片上電光器件，其應用範圍從(cong) 微波光子學到微波到光量子接口。盡管最近的進展已經證明了基於(yu) 铌酸鋰LiNbO3的可調諧集成激光器，然而，薄膜铌酸鋰平台演示頻率捷變 frequency-agile、窄線寬集成激光器的全部潛力，尚未實現。

近日，來自IBM和瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的研究團隊在Nature上發文，報道了一種基於(yu) 混合氮化矽Si3N4–LiNbO3光子平台的快速調諧激光器，並展示了其在相幹激光測距中的應用，可能對光學測距技術產(chan) 生重大影響。該激光器基於(yu) 铌酸鋰，由於(yu) 其低噪聲和快速波長調諧的特性，有可能徹底改變光探測和測距(LiDAR)應用。

铌酸鋰是光調製器領域常用的材料，因為(wei) 它具有較高的光功率容量，並且具有很高的“Pockels係數”，這意味著當施加電場時，它可以改變其光學性質。IBM和EPFL的研究人員通過將铌酸鋰與(yu) 氮化矽結合，實現了一種新型的混合集成可調諧激光器。

圖1：用於(yu) 快速可調諧自注入鎖定激光器的異質、低損耗氮化矽Si3N4–铌酸鋰LiNbO3光子集成平台。

為(wei) 了製造激光器，該團隊在EPFL製造了基於(yu) 氮化矽的光子集成電路，然後在IBM將其與(yu) 铌酸鋰晶圓結合。該平台基於(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不同，具有8.5B/m的低傳(chuan) 播損耗。通過自注入鎖定到激光二極管，實現了窄線寬激光(固有線寬為(wei) 3千赫茲(zi) )。諧振腔的混合模式允許其以12 PHz/s 的速度進行電光激光頻率調諧，其在高線性度和低遲滯的同時，可保持窄線寬。

圖2：表征集成的混合異質Si3N4–LiNbO3平台。

該激光器具有低噪聲和快速波長調諧的特性，使其成為(wei) 激光雷達應用的理想選擇。然後，該團隊使用激光進行了光學測距實驗，實現了高精度測量距離。這種新型激光器在激光雷達應用之外也有潛力。該混合平台有潛力實現用於(yu) 電信的集成收發器和用於(yu) 量子計算的微波光學換能器。

圖3：自注入鎖定分布式反饋distributed feedback，DFB激光器的電光頻率調諧

圖4：使用混合集成激光器的相幹調頻連續波frequency-modulated continuous-wave，FMCW激光雷達演示。