科技日報2024年6月12日報道，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員研制出有史以來第一個芯片集成的摻鉺波導(dǎo)激光器。該激光器性能接近基于光纖激光器，且將“精確可調(diào)波長”與“芯片級光子”兩大實用性特點合二為一。這一突破發(fā)表在新一期《自然·光子學(xué)》雜志上。

研究人員使用最先進(jìn)的制造工藝開發(fā)了這個芯片級激光器。他們首先在超低損耗氮化硅光子集成電路上，構(gòu)建了一個片上光腔（一組提供光反饋的鏡子）；然后，在電路中植入高濃度鉺離子，以選擇性地產(chǎn)生激光所需的有源增益介質(zhì)；最后通過激發(fā)鉺離子使其能夠發(fā)光并產(chǎn)生激光束。

為了改進(jìn)激光器性能并實現(xiàn)精確的波長控制，研究人員進(jìn)行了創(chuàng)新的腔內(nèi)設(shè)計，使其具有一種基于微環(huán)的游標(biāo)濾光片（一種可選擇特定頻率光的濾光片）。濾光片允許在很寬的范圍內(nèi)動態(tài)調(diào)諧激光波長，這一點不但使激光器用途廣泛，同時還確保了它在整個光譜中都保持純凈、穩(wěn)定地輸出。

研究人員表示，該芯片級鉺基激光器的性能優(yōu)于許多傳統(tǒng)系統(tǒng)。它保持了與當(dāng)前半導(dǎo)體制造工藝的兼容性，這對于在傳感器、陀螺儀、激光雷達(dá)和光頻計量等設(shè)備中的應(yīng)用非常重要。

除了以上應(yīng)用領(lǐng)域，這一將波導(dǎo)激光器小型化并集成到芯片級設(shè)備中的成果，還適用于電信、醫(yī)療診斷和消費電子產(chǎn)品中的便攜式和高度集成系統(tǒng)。

激光已經(jīng)是現(xiàn)代社會不可或缺的工具。無痛手術(shù)、精密制造、數(shù)據(jù)傳輸……人類對激光器件的需求一直在增長，激光器件的升級也從未停步。近些年，使用摻雜稀土元素如鉺、鐿、釹等的光纖來制造激光成為主流，光纖激光器可謂新一代全能“神器”。然而，想把光纖激光器做小，挑戰(zhàn)可不小。瑞士科學(xué)家此次的突破，是將鉺光纖激光器微型化并集成到芯片里，讓小設(shè)備也能產(chǎn)生激光。今后，我們將在更多應(yīng)用場景里看到激光雷達(dá)、激光通信和激光陀螺儀大顯身手。

（2024年6月12日 張夢然 科技日報）