最近，盡管在集成鈮酸鋰光子電路方面（從頻率梳到頻率轉(zhuǎn)換器和調(diào)制器）取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但有一個(gè)大部件仍然不容樂觀、難以集成，那就是激光器。

長(zhǎng)距離電信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心光互連和微波光子系統(tǒng)都依靠激光器來產(chǎn)生用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓廨d體。在大多數(shù)情況下，激光器是獨(dú)立的設(shè)備，在調(diào)制器之外，使得整個(gè)系統(tǒng)更加昂貴，穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性更差。

現(xiàn)在，來自哈佛大學(xué)約翰?A?保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的研究人員與Freedom Photonics和HyperLight公司的行業(yè)伙伴合作，開發(fā)了第一個(gè)完全集成在鈮酸鋰芯片上的高功率激光器，為高功率電信系統(tǒng)、全集成光譜儀、光學(xué)遙感和量子網(wǎng)絡(luò)的高效頻率轉(zhuǎn)換以及其他應(yīng)用鋪平了道路。

SEAS電氣工程和應(yīng)用物理學(xué)的Tiantsai Lin教授和該研究的第一作者M(jìn)arko Loncar說："集成鈮酸鋰光子學(xué)是開發(fā)高性能芯片級(jí)光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)很有前途的平臺(tái)，但是把激光器弄到鈮酸鋰芯片上已被證明是最大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一。在這項(xiàng)研究中，我們使用了從以前的集成鈮酸鋰光子學(xué)發(fā)展中學(xué)到的所有納米加工技巧和技術(shù)來克服這些挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)了在鈮酸鋰薄膜平臺(tái)上集成高功率激光器的目標(biāo)"。這項(xiàng)研究發(fā)表在《Optica》雜志上。

Loncar和他的團(tuán)隊(duì)為他們的集成芯片使用了小型但強(qiáng)大的分布式反饋激光器。在芯片上，激光器位于蝕刻在鈮酸鋰上的小井或溝槽中，在同一平臺(tái)上制作的波導(dǎo)中提供高達(dá)60毫瓦的光功率。研究人員將激光器與鈮酸鋰中的50千兆赫的電光調(diào)制器結(jié)合起來，建立了一個(gè)高功率發(fā)射器。

SEAS的研究生和該研究的第一作者Amirhassan Shams-Ansari說：“集成高性能的即插即用激光器將大大降低未來通信系統(tǒng)的成本、復(fù)雜性和功耗。這是一個(gè)可以集成到更大的光學(xué)系統(tǒng)中的構(gòu)件，可用于傳感、激光雷達(dá)和數(shù)據(jù)電信等一系列應(yīng)用。"

通過將鈮酸鋰薄膜器件與高功率激光器使用工業(yè)友好型工藝相結(jié)合，這項(xiàng)研究代表了向大規(guī)模、低成本和高性能發(fā)射器陣列和光學(xué)網(wǎng)絡(luò)邁出的關(guān)鍵一步。接下來，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是提高激光器的功率和可擴(kuò)展性，以實(shí)現(xiàn)更多的應(yīng)用。

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Amirhassan Shams-Ansari et al, Electrically pumped laser transmitter integrated on thin-film lithium niobate, Optica (2022). DOI: 10.1364/OPTICA.448617