芯片级激光器为光学计量工具包，增添“超快”新成员

近日，罗切斯特大学和加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员开发出一种比硬币还小的激光装置。研究团队认为，该装置可应用于从自动驾驶汽车的激光雷达系统到引力波探测（现存最精密的宇宙观测实验之一）等众多领域。

业界认为，基于激光的测量技术可用于研究物体和材料的物理特性。但当前的光学计量需要庞大且昂贵的设备来实现精细的激光波控制，这成为部署高效、经济型系统的瓶颈。

联合研发的芯片级激光器，能够以极高速率在宽光谱范围内精确调节光频，从而实现超快且精密的测量

新型芯片级激光器能够以极快的速率（约每秒100亿亿次）在广谱范围内精确改变其颜色，从而实现超高速、高精度的测量。与传统硅光子技术不同，该激光器采用合成材料铌酸锂制成，并利用普克尔斯效应（当存在电场时改变材料的折射率）。

罗切斯特大学博士生Shixin Xue表示：“我们的设计已瞄准了多个可立即受益的应用领域。首先是激光雷达，它已用于自动驾驶汽车，但更先进的形式——调频连续波激光雷达（FMCW lidar）需要激光频率具备大调谐范围和快速调谐能力，而这正是我们的激光器所能实现的。”

研究人员通过实验展示了如何利用该激光器驱动旋转圆盘上的激光雷达系统，并识别出由乐高积木拼成的字母“U”和“R”。他们表示，这一微型演示可扩展至高速公路速度和距离下对车辆及障碍物的探测。

研究团队还演示了该芯片级激光器如何用于Pound-Drever-Hall（PDH）激光频率锁定技术——一种用于压缩、稳定和降低激光噪声的常见方法。

“这是一个非常重要的过程，可用于光学时钟（以极高精度测量时间），但传统实现需要大量设备，”Shixin Xue指出，典型配置可能需要台式电脑大小的仪器，如内置激光器、隔离器、声光调制器和相位调制器等。“而我们的激光器能将所有功能集成到一块可通过电调谐的微型芯片上。”

该研究部分由美国国防高级研究计划局（DARPA）的“通用微尺度光学系统激光器”（LUMOS）项目和美国国家科学基金会资助。