Nature | 混合材料光子平台带来激光雷达技术新突破

瑞士联邦理工学院（EPFL）和IBM的科学家共同研发了一种新型铌酸锂激光器，利用铌酸锂来控制通过器件传输的光的频率或强度，这一激光器可能对光学测距技术产生重大影响。

研究人员通过将铌酸锂与氮化硅相结合，制造出一种新型的混合集成可调谐激光器，并成功进行了概念验证相干光学测距（FMCW激光雷达）实验。该研究的结果表明，新型激光器可以同时提供低相位噪声和快速调谐，具有很好的品质，未来还有望应用于电信和量子计算等领域。这一研究成果已于2023年3月15日发表在Nature杂志上。

LiNbO3-Si3N4芯片。

激光雷达应用

该研究采用混合氮化硅（Si3N4）和锂铌酸铌（LiNbO3）光子平台，制备了一种具有快速波长调谐和低频噪声的激光器，适用于光检测和测距（激光雷达）应用。与以往的芯片级集成激光器相比，该激光器实现了低相位噪声和每秒拍赫兹的快速调谐，这是具有显著创新的。

激光高精度测量距离的光学测距实验结果显示该混合平台还有可能实现用于电信的集成收发器以及用于量子计算的微波光学换能器。

EPFL的Tobias J. Kippenberg教授表示：“该激光器同时提供低相位噪声和每秒拍赫兹的快速调谐，这是以前从未用这种芯片级集成激光器实现的。”

在本研究发表于Nature的论文中, 研究团队提到尽管最近的进展已经展示了基于LiNbO3的可调谐集成激光器，但该平台展示频率捷变、窄线宽集成激光器的全部潜力尚未实现。本研究设计了一种基于混合氮化硅（Si3N4–LiNbO3）光子平台的具有快速调谐率的激光器，并展示了它在相干激光测距中的用途。

该平台基于晶圆级直接键合将超低损耗的Si3N4光子集成电路与薄膜LiNbO3异构集成，具有每米8.5分贝的低传播损耗，能够通过自注入锁定到激光二极管的窄线宽激光。

该混合激光器的谐振器混合模式允许以12×10^15 Hz的速度调谐电光激光频率，具有高线性度和低滞后，同时保持窄线宽。该研究使用混合集成激光器进行了概念验证相干光学测距（FMCW激光雷达）实验，成功展示了该平台的高精度测量和超低损耗等优异特性。