哈佛大學開發出首個鈮酸鋰片上集成激光器

  ICC訊 據Phys.org報道，近日哈佛大學工程與應用科學院(SEAS)的研究人員，聯合Freedom Photonics和HyperLight公司，成功開發出首個鈮酸鋰芯片全集成高功率激光器，為高功率電信系統、全集成光譜儀、光學遙感和量子網絡高效頻率轉換等應用發展路徑提供了可能性。這項研究成果已發表在權威期刊Optica。

  回顧鈮酸鋰光學歷史，從頻率梳到頻率轉換器和調制器應用，鈮酸鋰光子電路研究可謂發展迅速，唯獨片上集成激光器仍然是目前業界的一個研究難題。長途電信網絡、數據中心光互聯和微波光子系統數據傳輸都會依賴激光器產生光載波。大多數情況，激光器是分立器件，其外置于調制器，會導致整體系統更加昂貴，并且穩定性和可擴展性較低。

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

  關于這項研究成果，SEAS電子工程和應用物理學Tiantsai Lin教授和該項研究通訊作者 Marko Loncar表示：“在高性能芯片級光學系統中，鈮酸鋰集成光學一個很有發展前景的材料平臺，其中把激光器集成在鈮酸鋰芯片上被公認是最大的設計挑戰之一。在這項研究中，我們利用鈮酸鋰集成光學所積累的納米制造工藝和技術來克服這類挑戰，并成功在薄膜鈮酸鋰平臺上實現集成高功率激光器的目標?！?

  Loncar和他們的團隊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刻蝕的小井或溝槽中，并在同一平臺制造的波導中提供高達60毫瓦的光功率。研究人員將激光器與50GHz鈮酸鋰電光調制器相結合，構建了一個高功率發射器。

  SEAS研究生和該項研究第一作者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的成本、復雜性和功耗，它是一個構建模塊(block)，可以集成到更大的光學系統中，應用于傳感、激光雷達和數據電信等諸多應用中。

  通過使用工業友好的工藝將薄膜鈮酸鋰(TFLN)器件與高功率激光器相結合，這項研究成為業界向大規模、低成本和高性能發射器陣列和光網絡邁出的關鍵一步。 接下來，該團隊的目標是提高激光器的功率和可擴展性，以適應更多應用。

  作者： Leah Burrows, 哈佛大學工程與應用科學院

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