据报道，科学家已经制造出一种纳米光子锁模激光器，可以产生仅5皮秒长的近红外光脉冲，具有前所未有的能量和峰值功率。他们通过将半导体光放大器与铌酸锂电路中的相位调制器相结合来做到这一点，并相信他们可能能够将脉冲长度进一步减少100倍。
转瞬即逝的脉冲
锁模激光器使用有源或无源技术将不同纵向模式的相位与位于光腔内的宽带增益介质相关联。一旦模式被锁定，同相模式的干扰会导致极其短暂的脉冲。该脉冲每周期一次从腔体中部分泄漏出来，以产生均匀的脉冲串，这些脉冲在频域中由一系列规则间隔的尖峰组成。
这些转瞬即逝的脉冲——短至几飞秒—可以用于广泛的用途，例如观察化学键的形成或断裂以及跟踪电子在半导体或金属中的运动。它们还用于生物成像;它们的高峰值功率产生非线性效应，允许对生物组织进行更深入的成像，而它们的低平均功率避免了对该组织的损害。
笨重且昂贵
最先进的 MLL 依赖于基于光纤的组件和/或自由空间晶体、透镜和反射镜，这使得它们体积庞大、耗电且价格昂贵。纳米光子器件要小得多，缺乏桌面器件的输出功率和可调性。这主要是因为此类器件中使用的III-V族半导体增益介质虽然在小距离内产生较大的增益，但只允许在较窄的泵浦电流范围内实现锁模。
在最新的研究中，美国加州理工学院的Qiushi Guo，Alireza Marandi及其同事展示了如何通过将砷化镓增益芯片与由铌酸锂纳米光子电路制成的外部模式锁集成来克服这一限制。其电泵浦主动锁模激光器长仅 1 cm，在增益芯片末端的反射面和铌酸锂电路上的宽带环路镜之间形成法布里-珀罗激光腔。
相位调制器由正弦射频信号驱动，通过有效地改变信号频率下的腔体长度来工作。通常，腔内的脉冲在从振荡端镜反射时会获得多普勒频移。但是，当反射镜正好在反转方向时撞击镜子，脉冲的相位反而会受到非常轻微的调制，从而使其在激光腔内保持稳定状态。
提高效率
Guo及其同事通过将280 mW射频信号馈入模式储物柜的一端并测量激光输出来测试该设备。他们发现，波长为1065 nm的脉冲每个持续约4.8皮秒，每秒可生成约 100 亿次。这些脉冲的能量至少为2.6皮焦耳，峰值功率超过0.5 W，是目前纳米光子集成MLL值的两倍多。
更重要的是，研究人员表明，他们可以通过调整正弦驱动频率和激光介质的泵浦电流，在很宽的范围内改变器件的重复频率和载波偏移频率。他们还指出，y使用有源反馈来控制泵浦电流，两个频率都可以锁定。他们说，这种能力将使设备能够作为一个稳定的频率梳运行。
研究人员认为，将薄膜铌酸锂的其他非线性功能与他们的技术相结合，可能会实现新型的集成光子系统，例如自参考频率梳、原子钟和完全集成的超连续谱源。
他们补充说，通过优化模式锁和激光腔色散，以及利用可用于薄膜铌酸锂纳米光子学的各种非线性脉冲压缩技术，应该可以将激光器的脉冲长度再减少两个数量级。
