盡管集成半導(dǎo)體激光器一直是集成光子學(xué)的核心，在過去幾十年里它也在信息技術(shù)和基礎(chǔ)科學(xué)方面取得了許多進(jìn)步，但集成激光器仍然缺乏不斷發(fā)展的應(yīng)用所需的關(guān)鍵功能，尤其對(duì)于激光雷達(dá)和AR/VR 領(lǐng)域。

　　近期，美國(guó)羅切斯特大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)與加州理工大學(xué)、加州大學(xué)、圣巴巴拉分校和克萊姆森大學(xué)的研究人員，利用一種基于波克爾電光效應(yīng)的集成半導(dǎo)體激光器，并看好它在未來(lái)可以重塑集成光子學(xué)。

　　基于波克爾電光效應(yīng)的激光器與絕緣體上鈮酸鋰（LNOI）平臺(tái)集成。鈮酸鋰以優(yōu)越的光學(xué)調(diào)制和頻率轉(zhuǎn)換能力聞名。研究人員推測(cè)，阻礙集成半導(dǎo)體激光器使用的兩大挑戰(zhàn)是缺乏快速可重構(gòu)性和窄光譜窗口。為了克服這些挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)鈮酸鋰外腔與III-V 反射半導(dǎo)體光放大器（RSOA）進(jìn)行了混合集成，并開發(fā)了集成波克爾電光效應(yīng)的激光器。

　　該團(tuán)隊(duì)的鈮酸鋰外腔是由兩個(gè)環(huán)形諧振器組成的游標(biāo)鏡結(jié)構(gòu)。為了將多種功能結(jié)合到一個(gè)激光器結(jié)構(gòu)中，團(tuán)隊(duì)為不同目的設(shè)計(jì)了每個(gè)諧振器：第一個(gè)諧振器與一個(gè)微型加熱器集成，通過熱光效應(yīng)進(jìn)行寬波長(zhǎng)調(diào)諧；第二個(gè)諧振器與用于高速電光調(diào)諧的驅(qū)動(dòng)電極集成。此外，第二諧振器被定制為與第二諧波產(chǎn)生過程兼容。在腔中還實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧相位控制部分，以使縱向激光腔模式與游標(biāo)模式對(duì)準(zhǔn)。

　　使用集成的鈮酸鋰/III-V 結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊(duì)為激光器增加了功能，包括以創(chuàng)紀(jì)錄的每秒2EHz 和50Hz 的切換速度在芯片上以激光頻率實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)性。這兩種能力都是通過將電光效應(yīng)集成到激光器中實(shí)現(xiàn)的。由于所需的驅(qū)動(dòng)電壓較低，兩種能力都可以由CMOS 信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)。

　　該裝置通過二次諧波頻率轉(zhuǎn)換過程在紅外和可見光頻率上共聚焦。據(jù)研究人員稱，基于波克爾電光效應(yīng)的激光器是第一個(gè)在電信波長(zhǎng)和可見光段發(fā)射高相干性光的多色集成激光器，也是第一個(gè)在可見光段具有快速可重構(gòu)性的窄線寬激光器。

　　由于其快速頻率啁啾能力，該激光器可以使激光雷達(dá)系統(tǒng)受益。此外，其頻率轉(zhuǎn)換能力超過了傳統(tǒng)集成半導(dǎo)體激光器的光譜帶寬限制，有望緩解開發(fā)新波長(zhǎng)激光器的困難。另外，該激光器的窄波長(zhǎng)和快速可重構(gòu)性提供了一種全芯片激光解決方案，原子物理學(xué)家可以使用該解決方案探測(cè)和操縱原子和離子。AR/VR 和在短波長(zhǎng)下工作的其他應(yīng)用也可以從集成半導(dǎo)體激光器中受益。

　　這項(xiàng)工作擴(kuò)展了鈮酸鋰平臺(tái)的應(yīng)用，可以為具有一系列功能的系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)路徑，并在非線性光學(xué)、光學(xué)信號(hào)處理系統(tǒng)、量子光子學(xué)和光學(xué)通信中具有潛在應(yīng)用。

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