洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家成功地在氮化硅光子芯片上小型化了强大的铒基铒激光器。由于典型的铒基光纤激光器体积大且难以缩小，因此这一突破有望在光通信和传感技术方面取得重大进展。
自 60 年代以来，激光已经彻底改变了世界，现在在现代应用中不可或缺，从尖端手术和精密制造到光纤数据传输。
它还可以在各种其他应用中缩小光学技术，例如激光雷达、微波光子学、光频率合成和自由空间通信。
“这种新型掺铒集成激光器的应用领域几乎是无限的。”
实验室的衍生公司EDWATEC SA是一家集成器件制造商，现在可以提供基于稀土离子掺杂光子集成电路的器件，包括高性能放大器和激光器。
滤光片允许在很宽的范围内动态调谐激光的波长，使其用途广泛，可用于各种应用。这种设计支持稳定的单模激光，其固有的线宽非常窄，仅为 50 Hz。
它还允许显着的侧模抑制 - 激光器能够以单一、一致的频率发射光，同时最大限度地降低其他频率的强度（“侧模”）。这确保了高精度应用在整个光谱中的“干净”和稳定输出。
功率、精度、稳定性、低噪声
芯片级铒基光纤激光器的输出功率超过 10 mW，侧模抑制比大于 70 dB，性能优于许多传统系统。
它还具有非常窄的线宽，这意味着它发出的光非常纯净和稳定，这对于传感、陀螺仪、激光雷达和光频计量等相干应用非常重要。
基于微环的游标滤光片在 C 波段和 L 波段（电信中使用的波长范围）内为 40 nm 的激光器提供了宽波长可调谐性，在调谐和低光谱杂散指标（“杂散”是不需要的频率）方面都超过了传统的光纤激光器，同时保持与当前半导体制造工艺的兼容性。
下一代激光器
将铒光纤激光器小型化并集成到芯片级设备中可以降低其总体成本，使其可用于电信、医疗诊断和消费电子产品中的便携式和高度集成系统。
现在，由洛桑联邦理工学院刘阳博士和Tobias Kippenberg教授领导的科学家已经建立了有史以来第一个芯片集成的掺铒波导激光器，该激光器的性能接近基于光纤的激光器，将宽波长可调性与芯片级光子集成的实用性相结合。这一突破发表在《自然光子学》杂志上。
但随着对基于激光的应用的需求不断增长，挑战也随之增加。例如，光纤激光器的市场正在增长，目前用于工业切割、焊接和打标应用。
光纤激光器使用掺杂稀土元素（铒、镱、钕等）的光纤作为其光增益源（产生激光的部分）。它们发射高质量的光束，具有高功率输出，并且高效、低维护、耐用，并且通常比气体激光器小。光纤激光器也是低相位噪声的“黄金标准”，这意味着它们的光束会随着时间的推移保持稳定。
但尽管如此，对芯片级光纤激光器小型化的需求不断增长。铒基光纤激光器特别有趣，因为它们满足保持激光器高相干性和稳定性的所有要求。但是，将它们小型化在小规模上保持其性能方面遇到了挑战。
构建芯片级激光器
研究人员使用最先进的制造工艺开发了他们的芯片级铒激光器。他们首先基于超低损耗氮化硅光子集成电路构建了一米长的片上光腔（一组提供光反馈的镜子）。
“尽管芯片尺寸紧凑，但我们能够将激光腔设计为米级长度，这要归功于这些微环谐振器的集成，这些微环谐振器有效地扩展了光路，而无需物理放大设备，”刘博士说。
然后，该团队在电路中植入了高浓度的铒离子，以选择性地产生激光所需的有源增益介质。最后，他们将 citcuit 与 III-V 族半导体泵浦激光器集成在一起，以激发铒离子，使它们能够发光并产生激光束。
为了改进激光器的性能并实现精确的波长控制，研究人员设计了一种创新的腔内设计，该设计具有基于微环的游标滤光片，这是一种可以选择特定频率光的滤光片。
