利用薄膜铌酸锂将超快锁模激光器小型化到纳米光子芯片上，实现了激光技术的突破。这一进步为紧凑、高效的激光器在成像、传感和便携式技术中的广泛应用铺平了道路。

　　这一新的进步将使口袋大小的设备能够进行详细的gps精确导航、医疗成像、食品安全检查等。

　　激光是观察、探测和测量自然界中我们无法用肉眼看到的事物的基本工具。然而，执行这些任务的能力往往受到需要使用昂贵和大型仪器的限制。

　　超快激光技术的创新

　　在《科学》杂志最新发表的一篇封面文章中，研究人员郭秋实展示了一种在纳米光子芯片上制造高性能超快激光器的新方法。他的工作集中在小型化锁模激光器——一种独特的激光器，以飞秒的间隔发射一列超短的相干光脉冲，这是一个惊人的千万亿分之一秒。

　　基于纳米光子铌酸锂的芯片级超快锁模激光器。来源:Alireza Marandi

　　揭开自然界最快的时间尺度

　　超快锁模激光器对于解开自然界中最快时间尺度的秘密是必不可少的，比如化学反应过程中分子键的形成或断裂，或者光在湍流介质中的传播。锁模激光器的高速度、脉冲峰值强度和广谱覆盖也使许多光子学技术成为可能，包括光学原子钟、生物成像和使用光来计算和处理数据的计算机。

　　不幸的是，目前最先进的锁模激光器价格昂贵，功率要求高，仅限于实验室使用的桌面系统。

　　迈向更小、更高效的光子学

　　“我们的目标是通过将大型实验室系统转变为可以批量生产和现场部署的芯片大小的系统来彻底改变超快光子学领域，”郭说，他是纽约市立大学高级科学研究中心光子学计划的教员，也是纽约市立大学研究生中心的物理学教授。

　　“我们不仅想把东西做得更小，而且还想确保这些超快芯片大小的激光器提供令人满意的性能。例如，我们需要足够的脉冲峰值强度，最好超过1瓦，以创建有意义的芯片级系统。”

　　小型化的挑战

　　然而，在芯片上实现有效的锁模激光器并不是一个简单的过程。郭的研究利用了一种被称为薄膜铌酸锂(TFLN)的新兴材料平台。这种材料通过施加外部射频电信号，可以非常有效地塑造和精确控制激光脉冲。

　　在他们的实验中，郭的团队独特地结合了III-V半导体的高激光增益和TFLN纳米光子波导的高效脉冲整形能力，展示了一种可以发出0.5瓦高输出峰值功率的激光器。

　　未来的影响和挑战

　　除了紧凑的尺寸外，所展示的锁模激光器还显示出许多传统激光器无法达到的有趣特性，为未来的应用提供了深远的影响。例如，通过调整激光器的泵浦电流，郭能够在200兆赫的非常宽的范围内精确地调整输出脉冲的重复频率。通过利用演示激光器的强可重构性，研究小组希望实现芯片级、频率稳定的梳状源，这对精确传感至关重要。

　　郭的团队还需要解决额外的挑战，以实现可扩展的、集成的、超快的光子系统，这些系统可以用于便携式和手持设备，但他的实验室已经克服了目前演示的一个主要障碍。

　　潜在的实际应用

　　郭说:“这一成就为最终使用手机诊断眼病或分析食物和环境中的大肠杆菌和危险病毒铺平了道路。”“它还可以实现未来的芯片级原子钟，在GPS受损或无法使用时实现导航。”

　　有关这一突破的更多信息:在微型光子芯片上微型化的超快激光技术

　　参考文献:“纳米光子铌酸锂中的超快锁模激光器”，作者:郭秋世、Benjamin K. Gutierrez、ryyoto Sekine、Robert M. Gray、James A. Williams、Luis Ledezma、Luis Costa、Arkadev Roy、Selina Zhou、Mingchen Liu和Alireza Marandi, 2023年11月9日，Science。DOI: 10.1126 /科学。分享推特REDDIT电子邮件分享

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