来自纽约市立大学研究生中心和加州理工学院的研究人员已将锁模激光器缩小到具有集成纳米光子平台的光学芯片大小。研究结果显示，为开发用于广泛应用的超快纳米光子系统提供了前景。
MLL 可以以皮秒和飞秒量级的极快速度产生相干的超短光脉冲。这些器件在光子学领域实现了许多技术，包括极端非线性光学、双光子显微镜和光学计算。
研究人员创造了一种锁模激光器，可在 1065 nm 左右产生超短 ~4.8 ps 的光脉冲，峰值功率为 ~0.5 W。
然而，大多数 MLL 价格昂贵且功耗要求高，并且需要笨重的分立光学元件和设备。因此，超快光子系统的使用通常仅限于桌面实验室实验。更重要的是，用于驱动纳米光子平台的所谓集成MLL 存在关键限制，例如低峰值功率和缺乏可控性。
“我们的目标是通过将基于实验室的大型系统转变为可以大规模生产和现场部署的芯片大小的系统，彻底改变超快光子学领域，”纽约市立大学研究生中心的物理学教授郭秋实说。“我们不仅想让事情变得更小，而且还想确保这些超快芯片大小的激光器提供令人满意的性能。
通过将半导体光放大器芯片与新型薄膜铌酸锂纳米光子电路混合集成，研究人员创建了一个光学芯片大小的集成MLL。根据作者的说法，MLL在1065 nm左右产生~4.8-ps的超短光脉冲，峰值功率为~0.5 W，这是纳米光子平台中任何集成MLL中最高的输出脉冲能量和峰值功率。
“我们不仅对使锁模激光器更紧凑感兴趣，”加州理工学院电气工程和应用物理学助理教授Alireza Marandi说。“我们很高兴能够在纳米光子芯片上制造性能良好的锁模激光器，并将其与其他组件相结合。那时，我们可以在集成电路中构建一个完整的超快光子系统。除了紧凑的尺寸外，所展示的锁模激光器还具有传统 MLL 无法企及的特性。例如，通过调整激光器的泵浦电流，Guo能够在200 MHz的非常宽的范围内精确地调谐输出脉冲的重复频率。通过利用所展示的激光器的强大可重构性，研究团队希望实现芯片级、频率稳定的梳状源，这对于精密传感至关重要。
“这一成就为最终使用手机诊断眼部疾病或分析食物和环境中的大肠杆菌和危险病毒等东西铺平了道路，”郭说。“它还可以实现未来芯片级原子钟，当GPS受损或不可用时，它允许导航。
研究人员计划继续改进这项技术，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 fs，这将比当前设备提高一百倍，后者产生长度为4.8 ps的脉冲。
