飞鱼博客 
激光在日常生活中已经变得相对普遍，但除了在狂欢派对上提供灯光表演和扫描食品杂货上的条形码之外，激光还有很多用途。激光在通信和计算以及生物、化学和物理研究中也非常重要。
在后一种应用中，能够发射极短脉冲的激光器——脉冲的数量级为万亿分之一秒(一皮秒)或更短——尤其有用。利用在如此小的时间尺度上工作的激光，研究人员可以研究发生极快的物理和化学现象——例如，化学反应中分子键的形成或断裂，或者材料中电子的运动。
这些超短脉冲也广泛用于成像应用，因为它们可以具有极大的峰值强度但平均功率低，因此它们可以避免加热甚至燃烧诸如生物组织之类的样品。
加州理工学院电子工程和应用物理学助理教授Alireza Marandi在《科学》杂志上发表的一篇论文中，描述了他的实验室开发的一种新方法，用于在光子芯片上制造这种被称为锁模激光器的激光。激光器由纳米级元件(一纳米是一米的十亿分之一)制成，这使得它们可以集成到光电路中，类似于现代电子学中发现的基于电的集成电路。
“我们不仅对使锁模激光器更紧凑感兴趣，”Marandi说。“我们很高兴能在纳米光子芯片上制造出性能良好的锁模激光器，并将其与其他组件结合起来。那时我们就可以在集成电路中建立一个完整的超快光子系统。这将把目前属于米级实验的超快科技财富带到毫米级芯片上。”
这种超快激光器对研究非常重要，今年的诺贝尔物理学奖授予了三位科学家，以表彰他们开发出产生阿秒脉冲的激光器(一阿秒是一秒的五分之一)。然而，这种激光器目前极其昂贵和笨重，marandi说，他指出，他的研究正在探索在芯片上实现这种时间尺度的方法，这种芯片可以更便宜、更小，目的是开发价格合理、可部署的超快光子技术。
“这些阿秒实验几乎都是用超快锁模激光器完成的，”他说。其中一些设备的成本高达1000万美元，其中很大一部分是锁模激光器。想到如何在纳米光子学中复制这些实验和功能，我们真的很兴奋。”
Marandi实验室开发的纳米光子锁模激光器的核心是铌酸锂，这是一种具有独特光学和电学特性的合成盐，在这种情况下，可以通过外部射频电信号的应用来控制和塑造激光脉冲。这种方法被称为腔内相位调制的主动锁模。
“大约50年前，研究人员在桌面实验中使用腔内相位调制来制造锁模激光器，并认为与其他技术相比，这不是一个很好的选择，”论文的第一作者、马兰迪实验室的前博士后学者郭秋实(Qiushi Guo)说。但我们发现它非常适合我们的综合平台。”
“除了紧凑的尺寸，我们的激光器还展示了一系列有趣的特性。例如，我们可以在很宽的范围内精确地调整输出脉冲的重复频率。我们可以利用这一点来开发芯片级稳定频率梳源，这对频率计量和精密传感至关重要，”郭补充说，他现在是纽约城市大学高级科学研究中心的助理教授。
马兰迪说，他的目标是继续改进这项技术，使其能够在更短的时间尺度和更高的峰值功率下运行，目标是50飞秒(1飞秒是1万亿分之一秒)，这将比他目前的设备提高100倍，目前的设备产生的脉冲长度为4.8皮秒。
论文的共同作者是Benjamin K. Gutierrez，应用物理学研究生;电气工程研究生Ryoto Sekine, Robert M. Gray, James A. Williams, Selina Zhou, Mingchen Liu;Luis Ledezma，电气工程的外部分支机构;路易斯·科斯塔，以前在加州理工学院工作，现在在喷气推进实验室工作，加州理工学院为美国宇航局管理喷气推进实验室;以及Arkadev Roy，他曾在加州理工学院工作，现在在加州大学伯克利分校工作。
更多资料:郭秋实等，纳米光子铌酸锂的超快锁模激光器，Science(2023)。DOI: 10.1126 /科学。期刊信息:Science
加州理工学院提供
引用:超微芯片上的超快激光器(2023年，11月9日)检索自https://techxplore.com/news/2023-11-ultrafast-lasers-ultra-tiny-chips.html
作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司
内容仅供参考之用。
