具有巨大潜力的微环谐振器：混合器件显著改善激光技术
2023-12-22
作者：JINNOC EXPO这项开创性的工作由洛桑联邦理工学院的Camille Brès教授和博士后研究员Marco Clementi领导，代表了光子学领域的重大进步，对电信、计量和其他高精度应用具有重要意义。
这项研究发布在《光：科学与应用》杂志上，揭示了PHOSL研究人员如何与光子学和量子测量实验室合作，成功地将半导体激光器与含有微谐振器的氮化硅光子电路集成在一起。这种集成产生了一种混合设备，可以在近红外和可见光范围内发出高度均匀和精确的光，填补了长期以来对行业构成挑战的技术空白。
“半导体激光器在现代技术中无处不在，从智能手机到光纤通信，无所不包。然而，由于缺乏连贯性和无法有效产生可见光，它们的潜力受到限制，“Brès教授解释说。“我们的工作不仅提高了这些激光器的相干性，而且还将其输出转向可见光谱，为它们的使用开辟了新的途径。
在这种情况下，相干性是指激光发射的光波相位的均匀性。高相干性意味着光波是同步的，从而产生具有非常精确颜色或频率的光束。这一特性对于激光束的精度和稳定性至关重要的应用至关重要，例如计时和精密传感。
提高准确性和改进功能
该团队的方法包括将市售半导体激光器与氮化硅芯片耦合。这款微型芯片采用行业标准、高性价比的CMOS技术制造。由于该材料具有出色的低损耗特性，因此几乎没有光被吸收或逸出。
来自半导体激光器的光通过微观波导流入极小的腔体，光束被捕获在那里。这些腔体称为微环谐振器，经过精心设计，可在特定频率下共振，选择性地放大所需波长，同时衰减其他波长，从而增强发射光的相干性。
另一项重大成就是混合系统能够将来自商用半导体激光器的光的频率提高一倍，从而实现从近红外光谱到可见光谱的转变。
频率和波长之间的关系是成反比的，这意味着如果频率加倍，波长就会减少一半。虽然近红外光谱被用于电信，但更高的频率对于构建更小、更高效的设备至关重要，这些设备需要更短的波长，例如原子钟和医疗设备。
当腔中的捕获光经历称为全光学偏振的过程时，可以实现这些较短的波长，该过程在氮化硅中引起所谓的二阶非线性。在这种情况下，非线性意味着光的行为存在显著变化，即幅度跳跃，这与光与材料相互作用产生的频率不成正比。
氮化硅通常不会产生这种特定的二阶非线性效应，该团队进行了一项优雅的工程壮举来诱导它：该系统利用光在腔内共振时的能力来产生电磁波，从而激发材料中的非线性特性。
面向未来应用的使能技术
“我们不仅在改进现有技术，而且还在推动半导体激光器的可能性，”在该项目中发挥关键作用的Marco Clementi说。“通过弥合电信和可见光波长之间的差距，我们正在为生物医学成像和精密计时等领域的新应用打开大门。
该技术最有前途的应用之一是计量学，特别是在紧凑型原子钟的开发中。航海进步的历史取决于精确时计的便携性——从 16 世纪的海上经度确定到确保太空任务的准确导航，再到今天实现更好的地理定位。
“这一重大进步为未来技术奠定了基础，其中一些技术尚未构思，”克莱门蒂指出。
该团队对光子学和材料科学的深刻理解将有可能使设备更小、更轻，并降低激光器的能耗和生产成本。他们能够采用基本的科学概念，并使用行业标准制造将其转化为实际应用，这突显了解决复杂技术挑战的潜力，这些挑战可能导致不可预见的进步。
文章来源：激光网
原文链接：http://www.diodelaser.com.cn/knews/20231209/154208.html