【光电进展】荷兰开发超高效超连续光谱白光激光器芯片

据2023年3月13日报道，荷兰特温特大学的研究人员在超高效芯片上产生超连续光谱方面取得了重大突破，他们成功开发出了超高效超连续光谱白光激光器芯片。这一发现代表了“集成光子学领域向前迈出的一大步”，并且能够应用于便携式医疗成像设备、化学传感和激光雷达，相关成果已发表于Advanced Photonics Research杂志上。

激光器通常发射相干光。相干光可在极端距离上以非常低的噪声发送窄光束。但这也意味着这种激光器通常只能发射单一波长，限制了它的应用。相比之下，超连续光谱激光器能够产生连续的彩色光谱，可以呈现白色，经常被用于3D成像设备中。然而，事实证明，要产生如此宽的颜色带宽，超连续光谱激光器需要具有非常高的峰值功耗（脉冲能量），且必须在实验室中保持稳定。这使得它们变得昂贵且实用性不强。

    特温特大学的研究人员设法显著减少了所需的脉冲能量。为了做到这一点，该团队使用了符号交替色散波导。这种波导被设计为通过交替加宽和变窄光束来控制光的色散。与传统方法相比，这种方法将所需的脉冲能量减少了约千倍。

    芯片上完全集成的超连续光谱源对于实现便携式和机械稳定的医学成像设备、化学传感、光检测和测距等应用至关重要。然而，当前超连续光谱生成方案的低效率阻碍了芯片上的完全集成。

    在此，研究团队提出了一种方案，其中集成超连续光谱生成的输入能量需求大幅降低了几个数量级，用于500-1000?nm量级的带宽产生。通过在CMOS兼容的氮化硅波导中进行符号交替色散，实现了2800倍的效率提升。

研究表明，在高光谱功率（例如：1/e级）下产生大带宽超连续光谱所需的脉冲能量从纳米焦耳降低到6皮焦耳。降低脉冲能量要求使得芯片得以集成激光源，如锁模异构或混合集成二极管激光器，可以用作泵浦源，从而实现完全集成的芯片上高带宽超连续光谱源。

(八三五八所 靳婷)

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