9月27日，北京大學(xué)電子學(xué)院常林研究員與合作者受邀在國際知名期刊《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)上發(fā)表了題為”Emerging integrated laser technologies in the visible and short near-infrared regimes”的綜述文章，為芯片化的短波集成激光器技術(shù)進行了總結(jié)與展望。美國國家標準與技術(shù)研究院盧溪源研究員與北京大學(xué)電子學(xué)院常林研究員為共同第一作者，美國國家標準與技術(shù)研究院Kartik Srinivasan研究員為通訊作者。

時間計量、生物傳感、量子計算等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對波長位于400nm至1000nm之間覆蓋可見至短紅外的激光器的需求與日俱增。然而，這一波段傳統(tǒng)的光源大多為專用的儀器設(shè)備，體積大、功耗高、且操控較為復(fù)雜，近年來，集成光子芯片技術(shù)不斷發(fā)展，使得高性能激光器的集成度化成為了可能，給原子鐘、量子計算機、可穿戴生物檢測等設(shè)備的普及提供了核心的支撐。北京大學(xué)常林團隊在過去的兩年里，基于多材料集成技術(shù)與合作者實現(xiàn)了多個該領(lǐng)域的里程碑工作。包括世界首個異質(zhì)集成的短波激光器 (Nature 610, 54-60 (2022)) 和集成非線性激光器等 (Nature Communications 13, 5344 (2022))。

400-1000nm激光器應(yīng)用及物理體系示意圖

文章討論了不同形態(tài)的增益介質(zhì)和泵浦方式，以及多種增益介質(zhì)與低損耗光芯片的集成方案，尤其是混合集成、異質(zhì)集成、直接生長三種能夠從通訊波長激光器的工藝中移植而來的方案。同時，文章探討了不同類型的低損耗集成光路平臺與多種低噪聲激光器結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括外腔、自注入鎖定與受激布里淵散射結(jié)構(gòu)，以及基于非線性波長轉(zhuǎn)換和光學(xué)參量振蕩過程進行頻率轉(zhuǎn)換的集成短波激光器等。

400-1000nm激光器集成方案

盡管在可見和近紅外波段，集成激光器為新型技術(shù)，但是它已經(jīng)能夠適應(yīng)各種應(yīng)用中的不同需求，例如780nm的異質(zhì)集成激光器能夠應(yīng)用于基于Rb的量子技術(shù)，或驅(qū)動克爾光學(xué)參量振蕩器產(chǎn)生多波長的應(yīng)用；基于布里淵和自注入鎖定的窄線寬激光器的應(yīng)用，集成光源可以應(yīng)用于光鐘操縱、離子阱量子比特激光制冷和光譜探測等等。文章給出了這一技術(shù)發(fā)展的路線圖，對短波激光器未來的研究與產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向進行了展望。

文章來源：PKU電子學(xué)人，激光行業(yè)觀察

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