據《科學》雜誌新發表的一篇封麵文章介紹，美國紐約市立大學和加州理工學院的研究人員展示了一種在納米光子芯片上創建高性能超快激光器的新方法。這種小型化鎖模激光器 (MLL) ，能以飛秒秒（1fs=10^-15秒）間隔發射一係列超短相幹光脈衝(chong) 。結果表明，開發超快納米光子係統具有廣泛的應用前景。

基於(yu) 納米光子铌酸鋰的芯片級超快鎖模激光器，可產(chan) 生約1065 nm的超短約4.8 ps光脈衝(chong) ，峰值功率約0.5W

超快鎖模激光器可有助解開自然界最快時間尺度的秘密，例如化學反應過程中分子鍵的形成或斷裂，或者湍流介質中的光傳(chuan) 播。鎖模激光器的高速、脈衝(chong) 峰值強度和廣譜覆蓋範圍也使得許多光子技術成為(wei) 可能，包括光學原子鍾、生物成像以及利用光計算和處理數據的計算機。

然而，在集成光子平台上實現大激光增益和高效鎖模一直是一個(ge) 特殊的挑戰。大多數小型化鎖模激光器價(jia) 格昂貴，且功率要求高，並且需要笨重的分立光學元件和設備。因此，超快光子係統的使用通常僅(jin) 限於(yu) 實驗室使用。此外，用於(yu) 驅動納米光子平台的所謂集成數小型化鎖模激光器也麵臨(lin) 著峰值功率低和缺乏可控性等關(guan) 鍵限製。

紐約市立大學研究生中心物理學教授Qiushi Guo表示：“我們(men) 的目標是通過將大型實驗室係統轉變為(wei) 可以大規模生產(chan) 和現場部署的芯片大小的係統，徹底改變超快光子學領域。我們(men) 不僅(jin) 希望把東(dong) 西做得更小，而且還希望確保這些超快芯片大小的激光器能夠提供令人滿意的性能。”

研究人員通過將半導體(ti) 光放大器芯片與(yu) 新型薄膜铌酸鋰納米光子電路混合集成，研究人員創建了光學芯片大小的集成小型化鎖模激光器。在加州理工學院的項目中，铌酸鋰的特性允許通過應用外部射頻電信號來控製和整形激光脈衝(chong) ，這被稱為(wei) 腔內(nei) 相位調製的主動鎖模。據介紹，團隊將III-V族半導體(ti) 的高激光增益和TFLN納米級光子波導的高效脈衝(chong) 整形能力結合，研製出這種小型化鎖模激光器能夠產(chan) 生約1065nm的超短約4.8ps光脈衝(chong) ，峰值功率約為(wei) 0.5 W，這是納米光子平台中任何集成小型化鎖模激光器的最高輸出脈衝(chong) 能量和峰值功率。

加州理工學院電氣工程和應用物理學助理教授 Alireza Marandi 表示：“我們(men) 不僅(jin) 僅(jin) 對使鎖模激光器變得更加緊湊感興(xing) 趣。我們(men) 高興(xing) 的是能夠在納米光子芯片上製造性能良好的鎖模激光器並將其與(yu) 其他組件相結合。到那時我們(men) 就可以在集成電路中構建完整的超快光子係統。”

Alireza Marandi，加州理工學院電氣工程和應用物理學助理教授

除了像指尖般大小的緊湊尺寸之外，新展示的鎖模激光器還表現出許多傳(chuan) 統激光器無法達到的特性，例如隻要調節泵浦電流，其就能在200 MHz的寬範圍內(nei) 精確調諧輸出脈衝(chong) 的重複頻率。團隊希望通過激光器的強大可重構性，實現芯片級、頻率穩定的梳狀源，這對於(yu) 精密傳(chuan) 感至關(guan) 重要。紐約市立大學研究生中心物理學教授Qiushi Guo說：“這將把目前屬於(yu) 米級實驗的超快科學技術財富帶入毫米級芯片。”

這一成果的實用性包括可使用手機診斷眼部疾病，或分析食物和環境中的大腸杆菌以及危險病毒，並可在GPS受損或不可用時實現導航。研究人員計劃繼續改進這項技術，使其能夠在更短的時間尺度和更高的峰值功率下運行，目標是 50 fs，這將比當前設備（生成長度為(wei) 4.8 ps的脈衝(chong) ）提高一百倍。