集成薄膜鈮酸鋰(TFLN)光子學(xué)，已成為實現(xiàn)高性能芯片級光學(xué)系統(tǒng)的前景平臺。特別重要的是具有高線性度、低驅(qū)動電壓和低傳播損耗的TFLN電光調(diào)制器。長途電信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心光互連和微波光子系統(tǒng)依賴于使用光載波進(jìn)行信息傳輸。用于這些應(yīng)用的理想發(fā)射器應(yīng)在大帶寬和小驅(qū)動幅度下工作，發(fā)射高光功率，插入損耗可忽略不計，并且具有成本效益。

　　最近，薄膜鈮酸鋰(TFLN)已成為能夠滿足幾乎所有這些要求的平臺。然而，完全集成的系統(tǒng)需要在TFLN芯片上集成高功率、低噪聲和窄線寬激光器，而這對可實現(xiàn)的性能、復(fù)雜性和成本提出了重大挑戰(zhàn)。

　　來自哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的研究人員與Freedom Photonics和HyperLight Corporation的行業(yè)合作伙伴合作，開發(fā)出第一款完全集成在鈮酸鋰芯片上的高功率激光器，高性能電信系統(tǒng)、完全集成的光譜儀、光學(xué)遙感和量子網(wǎng)絡(luò)的高效頻率轉(zhuǎn)換等應(yīng)用，鋪平了道路。

　　“集成鈮酸鋰光子學(xué)是開發(fā)高性能芯片級光學(xué)系統(tǒng)的平臺，但事實證明，將激光應(yīng)用于鈮酸鋰芯片存在很大的設(shè)計挑戰(zhàn)，”SEAS電氣工程和應(yīng)用物理學(xué)教授Marko Loncar表示，“在這項研究中，我們使用了從集成鈮酸鋰光子學(xué)先前發(fā)展中學(xué)到的所有納米制造技巧和技術(shù)來克服這些挑戰(zhàn)，并實現(xiàn)在薄膜鈮酸鋰平臺上集成高功率激光器的目標(biāo)。”

　　研究人員通過將能夠產(chǎn)生170mW-200mW光功率的分布式反饋(DFB)激光器與具有超過50 GHz的電光(EO)帶寬的TFLN集成調(diào)制器集成來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。DFB激光器采用基于InP的高功率平臺，該平臺已展示了輸出功率（>300mW）并報告了低的相對強(qiáng)度噪聲（−160dB/Hz）。

　　DFB激光器設(shè)計可確保最小的自由載流子吸收、二極管兩端的較低電壓降和鏡面損耗。這反過來導(dǎo)致更長的腔長度，從而產(chǎn)生更高的功率、更低的線寬和減少空間燒孔。DFB設(shè)計用于倒裝芯片，通過添加支撐結(jié)構(gòu)，在粘接過程中提供更好的機(jī)械穩(wěn)定性。僅使用被動對準(zhǔn)和倒裝芯片熱壓鍵合，研究人員就將DFB激光器與預(yù)制TFLN芯片集成。

　　Loncar和他的團(tuán)隊在他們的集成芯片中使用了小而強(qiáng)大的分布式反饋激光器。在芯片上，激光器位于蝕刻在鈮酸鋰中的小井或溝槽中，并在同一平臺上制造的波導(dǎo)中提供高達(dá)60mW的光功率。研究人員將激光與鈮酸鋰中的50GHz電光調(diào)制器相結(jié)合，構(gòu)建了一個高功率發(fā)射器。

　　“集成高性能即插即用激光器將顯著降低未來通信系統(tǒng)的成本、復(fù)雜性和功耗，”SEAS研究生和該研究的第一作者Amirhassan Shams-Ansari說，“就像是搭積木，可以集成到更大的光學(xué)系統(tǒng)中，用于傳感、激光雷達(dá)和數(shù)據(jù)電信等一系列應(yīng)用。”

　　通過使用工業(yè)工藝將薄膜鈮酸鋰器件與高功率激光器相結(jié)合，這項研究代表了朝著大規(guī)模、低成本和高性能發(fā)射器陣列和光網(wǎng)絡(luò)邁出的關(guān)鍵一步。接下來，該團(tuán)隊的目標(biāo)是提高激光器的功率和可擴(kuò)展性，以適應(yīng)更多應(yīng)用。

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