铌酸锂芯片上开发的第一个集成激光器

将片上激光器与铌酸锂中的 50 GHz 电光调制器结合在一起构建的高功率发射器。来源：哈佛大学约翰 A·保尔森工程与应用科学学院

       展望集成铌酸锂光子电路的所有最新进展：从频率梳到频率转换器和调制器，一个重要的组件—激光器，仍然是难以集成的。长途电信网络、数据中心光互联和微波光子系统都是通过激光产生的光载波进行数据传输。在大多数情况下，由于激光器是调制器外部的独立设备，所以使得整个系统更昂贵、稳定性和可扩展性更低。

       现在，由哈佛大学约翰 A. 保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 的研究人员与高性能激光制造商Freedom Photonics 和 HyperLight的行业合作伙伴组成的团队，开发了第一个完全集成在铌酸锂芯片上的高功率激光器，为高功率电信系统、全集成光谱仪、光学遥感和量子网络的高效频率转换以及其他应用铺平了道路。

       这项研究的通讯作者、SEAS电气工程与应用物理学院的Marko Loncar教授说： “集成铌酸锂光子学对于开发高性能芯片级光学系统是非常具有前景的，但是，将激光集成到铌酸锂芯片上已经被证明是最大的设计挑战之一”。“在这项研究中，我们通过用之前发展集成铌酸锂光子学时学到的很多纳米制造技巧和技术来克服这些挑战，并在薄膜铌酸锂平台上实现了集成高功率激光器的目标。”该研究成果已经在《Optica》杂志上发表。

       Loncar 和他的研究团队在集成芯片中使用了小型而强大的分布式反馈激光器。在芯片上，激光器放置在铌酸锂中蚀刻的小孔或沟槽中，并在同一平台上制造的波导中提供高达 60 毫瓦的光功率。研究人员将激光与铌酸锂中的 50 GHz 电光调制器结合在一起构建了一个高功率的发射器。

        这项研究的第一作者、SEAS 的研究生Amirhassan Shams-Ansari 说：“集成高性能即插即用的激光器将显着降低未来通信系统的成本、复杂性和功耗”，“它是一个构建模块，可以集成到更大的光学系统中，用于传感、激光雷达和数据电信等一系列应用。”

       通过使用工业友好型工艺将薄膜铌酸锂器件与高功率激光器结合在一起，这项研究将代表了向大规模、低成本和高性能发射器阵列和光网络迈出的关键一步。对于下一步研究计划，该团队的目标是提高激光器的功率和可扩展性，以适应于更多应用。