9月27日，北京大學電子學院常林研究員與合作者受邀在國際知名期刊《自然·光子學》(Nature Photonics)上發(fā)表了題為”Emerging integrated laser technologies in the visible and short near-infrared regimes”的綜述文章，為芯片化的短波集成激光器技術進行了總結(jié)與展望。美國國家標準與技術研究院盧溪源研究員與北京大學電子學院常林研究員為共同第一作者，美國國家標準與技術研究院Kartik Srinivasan研究員為通訊作者。

時間計量、生物傳感、量子計算等領域的迅速發(fā)展，對波長位于400nm至1000nm之間覆蓋可見至短紅外的激光器的需求與日俱增。然而，這一波段傳統(tǒng)的光源大多為專用的儀器設備，體積大、功耗高、且操控較為復雜，近年來，集成光子芯片技術不斷發(fā)展，使得高性能激光器的集成度化成為了可能，給原子鐘、量子計算機、可穿戴生物檢測等設備的普及提供了核心的支撐。北京大學常林團隊在過去的兩年里，基于多材料集成技術與合作者實現(xiàn)了多個該領域的里程碑工作。包括世界首個異質(zhì)集成的短波激光器 (Nature 610, 54-60 (2022)) 和集成非線性激光器等 (Nature Communications 13, 5344 (2022))。

400-1000nm激光器應用及物理體系示意圖

文章討論了不同形態(tài)的增益介質(zhì)和泵浦方式，以及多種增益介質(zhì)與低損耗光芯片的集成方案，尤其是混合集成、異質(zhì)集成、直接生長三種能夠從通訊波長激光器的工藝中移植而來的方案。同時，文章探討了不同類型的低損耗集成光路平臺與多種低噪聲激光器結(jié)構(gòu)設計，包括外腔、自注入鎖定與受激布里淵散射結(jié)構(gòu)，以及基于非線性波長轉(zhuǎn)換和光學參量振蕩過程進行頻率轉(zhuǎn)換的集成短波激光器等。

400-1000nm激光器集成方案

盡管在可見和近紅外波段，集成激光器為新型技術，但是它已經(jīng)能夠適應各種應用中的不同需求，例如780nm的異質(zhì)集成激光器能夠應用于基于Rb的量子技術，或驅(qū)動克爾光學參量振蕩器產(chǎn)生多波長的應用；基于布里淵和自注入鎖定的窄線寬激光器的應用，集成光源可以應用于光鐘操縱、離子阱量子比特激光制冷和光譜探測等等。文章給出了這一技術發(fā)展的路線圖，對短波激光器未來的研究與產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向進行了展望。

文章來源：PKU電子學人，激光行業(yè)觀察

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