一种基于低损耗铌酸锂集成光子学的新型超快可调谐激光器可以在连续波光探测和测距 (LiDAR) 系统等技术中找到应用。该设备由瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL)和苏黎世IBM 欧洲研究院的研究人员制造，具有高频率调谐率，并且在激光线宽方面优于以前的此类激光器。
当前的可编程光子集成电路 (PIC) 可能不稳定，并且会遭受高光信号损失——这两者都会阻止它们保持其编程状态。常用于光学调制器（控制透射光频率或强度的装置）的铌酸锂具有出色的光学和电光特性，为解决该问题提供了可能的方法。
铌酸锂最近成为一种有吸引力的 PIC 基板材料，它有望制造出具有较低光学损耗的电路（激光束可以在不损失太多功率的情况下传播通过它们）。该材料还可以支持高光功率水平并具有高“普克尔斯系数”，这意味着可以使用电场调整其光学特性。
混合激光二极管芯片
在《自然》杂志上详细介绍的新研究中，由 EPFL 的Tobias Kippenberg领导的研究人员通过集成分布式反馈激光器和氮化硅-铌酸锂 (Si 3 N 4 -LiNbO 3 ) 光子集成芯片组装了一个混合设备。后者由一层薄薄的铌酸锂组成，位于氮化硅波导的顶部。虽然听起来很简单，但研究人员花了数年时间才掌握这种组装方法，因为它涉及将 4 英寸宽的 LiNbO 3晶圆完美结合到相同直径的大马士革 Si 3 N 4晶圆上。
“这种配置允许这些具有超低损耗的电路进行电光调谐，”团队成员Viacheslav Snigirev解释道。它还有助于将激光二极管注入锁定到光学微谐振器——一种通过使用来自高质量因数光学微谐振器的窄带背反射来增强激光在特定频率下运行的技术。这使得激光线宽变窄和频率调谐成为可能。
“激光器的这些特性使其成为调频连续波 (FMCW) LiDAR 系统的理想候选者，”他告诉Physics World。
概念验证 FMCW LiDAR 系统
通过透射和反射测量，研究人员发现他们的 Si 3 N 4 –LiNbO 3芯片具有 8.5 dB/m 的低光传播损耗，这允许通过自注入锁定到激光二极管的固有激光线宽仅为 3 kHz . 由于铌酸锂固有的电光特性，该器件还具有高达 12 x 10 15 Hz / s 的电光激光频率调谐速度，同时保持窄线宽和高调谐线性度。这些值比以前的此类设备要好，使研究人员能够制作一个空间分辨率为 15 厘米的概念验证 FMCW LiDAR 系统。
Kippenberg 及其同事表示，他们现在正在研究用于反馈芯片电路的更复杂的光子架构。这些应该进一步扩大激光器的调谐跨度，并在不影响其带宽的情况下增加其输出功率。
“我们还致力于通过修改处理顺序和波导几何形状来改进这些电路的制造，以实现更好的微谐振器品质因数和频率调谐效率，”Snigirev 说。“最后，我们渴望扩展我们新平台的应用范围——用于高速调制器和微波到光学接口。”
