多色集成激光器扩展集成光子学领域

尽管集成半导体激光器一直是集成光子学的核心，在过去几十年里它也在信息技术和基础科学方面取得了许多进步，但集成激光器仍然缺乏不断发展的应用所需的关键功能，尤其对于激光雷达和AR/VR领域。

近期，美国罗切斯特大学的研究团队与加州理工大学、加州大学、圣巴巴拉分校和克莱姆森大学的研究人员，利用一种基于波克尔电光效应的集成半导体激光器，并看好它在未来可以重塑集成光子学。

基于波克尔电光效应的激光器与绝缘体上铌酸锂（LNOI）平台集成。铌酸锂以优越的光学调制和频率转换能力闻名。研究人员推测，阻碍集成半导体激光器使用的两大挑战是缺乏快速可重构性和窄光谱窗口。为了克服这些挑战，研究团队对铌酸锂外腔与III-V反射半导体光放大器（RSOA）进行了混合集成，并开发了集成波克尔电光效应的激光器。 

a)混合集成激光器结构示意图
b)反射型半导体光放大器边缘连接到设备并位于散热器上的设置照片。

透镜光纤将光从设备中耦合出来。基板由热电控制器（TEC）组装，

用于环境温度调节C)制造设备的扫描电子显微镜图像

该团队的铌酸锂外腔是由两个环形谐振器组成的游标镜结构。为了将多种功能结合到一个激光器结构中，团队为不同目的设计了每个谐振器：第一个谐振器与一个微型加热器集成，通过热光效应进行宽波长调谐；第二个谐振器与用于高速电光调谐的驱动电极集成。此外，第二谐振器被定制为与第二谐波产生过程兼容。在腔中还实现了可调谐相位控制部分，以使纵向激光腔模式与游标模式对准。

使用集成的铌酸锂/III-V结构，该团队为激光器增加了功能，包括以创纪录的每秒2EHz和50Hz的切换速度在芯片上以激光频率实现可重构性。这两种能力都是通过将电光效应集成到激光器中实现的。由于所需的驱动电压较低，两种能力都可以由CMOS信号直接驱动。

该装置通过二次谐波频率转换过程在红外和可见光频率上共聚焦。据研究人员称，基于波克尔电光效应的激光器是第一个在电信波长和可见光段发射高相干性光的多色集成激光器，也是第一个在可见光段具有快速可重构性的窄线宽激光器。

由于其快速频率啁啾能力，该激光器可以使激光雷达系统受益。此外，其频率转换能力超过了传统集成半导体激光器的光谱带宽限制，有望缓解开发新波长激光器的困难。另外，该激光器的窄波长和快速可重构性提供了一种全芯片激光解决方案，原子物理学家可以使用该解决方案探测和操纵原子和离子。AR/VR和在短波长下工作的其他应用也可以从集成半导体激光器中受益。

这项工作扩展了铌酸锂平台的应用，可以为具有一系列功能的系统提供设计路径，并在非线性光学、光学信号处理系统、量子光子学和光学通信中具有潜在应用。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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