EPFL和IBM科学家研发新的铌酸锂激光技术

近日，EPFL和IBM的科学家开发了一种新型激光器，可能对未来的光学测距技术产生重大影响。该激光器以铌酸锂（LiNbO₃）为基础，经常用于光学调制器领域，控制通过一个设备传输的光的频率或强度。

众所周知，铌酸锂有很很大的用处，因为它可以处理大量的光功率且具有很高的波克尔斯系数，这意味着当电场施加时，它可以改变其光学特性。

研究人员通过将铌酸锂与氮化硅（Si₃N₄）相结合实现了突破，这使他们能够生产出一种新型的混合集成可调谐激光器。为了做到这一点，该团队在EPFL制造了基于氮化硅的光集成电路（光子集成电路），然后在IBM将其与铌酸锂晶片结合。《自然》杂志3月15日刊登的一篇论文描述了这项工作成果。

处于研究开发中的铌酸锂氮化硅基芯片

激光雷达应用

该方法产生了一种具有低频噪声的激光器，低频噪声是衡量激光器频率稳定程度的指标，同时具有快速波长调谐，这对用于光探测和测距（激光雷达）应用的激光器来说都是好消息。之后，开发人员还进行了一项光学测距实验，使用激光高精度测量距离。

除了集成激光器，该混合平台还有可能实现用于电信的集成收发器以及用于量子计算的微波-光学传感器。领导该项目的EPFL方面的Tobias J. Kippenberg教授说：“这项成果的非凡之处在于，新激光器可同时提供了低相位噪声和每秒百万赫兹的快速调谐，这在以前从来没有实现过。”

论文摘要

《自然》论文摘要解释说：“尽管最近的进展已经证明了基于铌酸锂的可调谐集成激光器，但这一平台在展示频率敏捷、窄线宽的集成激光器方面的全部潜力还没有实现。在这里，该篇论文报告了这样一种基于混合氮化硅（Si₃N₄-LiNbO₃）光子平台的具有快速调谐率的激光器，并展示了在相干激光测距方面的应用。”

新的混合平台是基于超低损耗的氮化硅光子集成电路与薄膜铌酸锂的异质集成，通过晶圆级的直接粘合，与之前展示的芯片级集成不同，具有每米8.5分贝的低传播损耗，通过对激光二极管的自注入锁定实现窄线宽激光。

该谐振器的混合模式允许以12×10¹⁵Hz的速度进行电光激光频率调整，具有高线性度和低滞后性，同时保留了窄线宽。利用混合集成激光器，该团队进行了概念验证的相干光测距（FMCW激光雷达）实验。赋予氮化硅光子集成电路以铌酸锂，创造了一个平台，结合了薄膜铌酸锂和氮化硅各自的优势，显示出精确的光刻控制、成熟的制造和超低的损耗。