据Phys.org报道，近日哈佛大学工程与应用科学院(SEAS)的研究人员，联合Freedom Photonics和HyperLight公司，成功开发出首个铌酸锂芯片全集成高功率激光器，为高功率电信系统、全集成光谱仪、光学遥感和量子网络高效频率转换等应用发展路径提供了可能性。这项研究成果已发表在权威期刊Optica。

  回顾铌酸锂光学历史，从频率梳到频率转换器和调制器应用，铌酸锂光子电路研究可谓发展迅速，唯独片上集成激光器仍然是目前业界的一个研究难题。长途电信网络、数据中心光互联和微波光子系统数据传输都会依赖激光器产生光载波。大多数情况，激光器是分立器件，其外置于调制器，会导致整体系统更加昂贵，并且稳定性和可扩展性较低。

片上激光器结合了一个50GHz铌酸锂电光调制器，以形成一个高功率发射器(来源：Second Bay Studios/Harvard SEAS)

  关于这项研究成果，SEAS电子工程和应用物理学Tiantsai Lin教授和该项研究通讯作者 Marko Loncar表示：“在高性能芯片级光学系统中，铌酸锂集成光学一个很有发展前景的材料平台，其中把激光器集成在铌酸锂芯片上被公认是最大的设计挑战之一。在这项研究中，我们利用铌酸锂集成光学所积累的纳米制造工艺和技术来克服这类挑战，并成功在薄膜铌酸锂平台上实现集成高功率激光器的目标。”

  Loncar和他们的团队在集成芯片上使用了小型化、高功率分布式反馈激光器(DFB)。在芯片上，激光器位于铌酸锂平台刻蚀的小井或沟槽中，并在同一平台制造的波导中提供高达60毫瓦的光功率。研究人员将激光器与50GHz铌酸锂电光调制器相结合，构建了一个高功率发射器。

  SEAS研究生和该项研究第一作者Amirhassan Shams-Ansari表示：“集成高性能、即插即用(plug-and-play )激光器将显着降低未来通信系统的成本、复杂性和功耗，它是一个构建模块(block)，可以集成到更大的光学系统中，应用于传感、激光雷达和数据电信等诸多应用中。

  通过使用工业友好的工艺将薄膜铌酸锂(TFLN)器件与高功率激光器相结合，这项研究成为业界向大规模、低成本和高性能发射器阵列和光网络迈出的关键一步。 接下来，该团队的目标是提高激光器的功率和可扩展性，以适应更多应用。

作者： Leah Burrows, 哈佛大学工程与应用科学院
文章来源：https://phys.org/news/2022-04-laser-lithium-niobate-chip.html