科学家开发出突破性微型光纤激光器 更锐利、更小巧、更智能

科学家开发出突破性微型光纤激光器更锐利、更小巧、更智能基于氮化硅光子集成电路的全封装混合集成铒激光器的光学图像，可提供光纤激光器相干性和以前无法实现的频率可调谐性。资料来源：AndreaBancora和YangLiu（洛桑联邦理工学院）光纤激光器使用掺杂稀土元素（铒、镱、钕等）的光纤作为光增益源（产生激光的部分）。光纤激光器能发出高质量的光束，输出功率高，效率高，维护成本低，经久耐用，而且体积通常比气体激光器小。光纤激光器也是低相位噪声的"黄金标准"，这意味着它们的光束可以长期保持稳定。尽管如此，人们对芯片级光纤激光器微型化的需求仍在不断增长。基于铒的光纤激光器尤其令人感兴趣，因为它们符合保持激光器高相干性和稳定性的所有要求。但是，要实现光纤激光器的微型化，就必须在小尺度上保持其性能。现在，EPFL的刘洋博士和TobiasKippenberg教授领导的科学家们制造出了首台芯片集成的掺铒波导激光器，其性能接近光纤激光器，将宽波长可调谐性与芯片级光子集成的实用性相结合。这一突破发表在《自然-光子学》（NaturePhotonics）上。制造芯片级激光器研究人员采用最先进的制造工艺开发出了芯片级铒激光器。他们首先在超低损耗氮化硅光子集成电路的基础上构建了一个一米长的片上光腔（一组提供光反馈的反射镜）。刘博士说："尽管芯片尺寸小巧，但我们却能将激光腔设计成米级长度，这要归功于这些微oring谐振器的集成，它们能在不增大设备物理尺寸的情况下有效延长光路。"然后，研究小组在电路中植入高浓度铒离子，选择性地产生激光所需的有源增益介质。最后，他们将电路与III-V族半导体泵浦激光器集成，以激发铒离子，使其发光并产生激光束。基于掺铒光子集成电路的混合集成激光器的光学图像，该激光器具有光纤激光相干性和以前无法实现的频率可调谐性。资料来源：YangLiu（洛桑联邦理工学院）为了完善激光器的性能并实现精确的波长控制，研究人员设计了一种创新的腔内设计，其特点是基于微孔的Vernier过滤器，这是一种可以选择特定光频的光学过滤器。滤波器可在很大范围内对激光波长进行动态调整，从而使其在各种应用中都能发挥作用。这种设计支持稳定的单模激光，其内在线宽仅为50Hz，非常窄，令人印象深刻。它还具有显著的边模抑制功能--激光器能够以单一、稳定的频率发光，同时将其他频率（"边模"）的强度降至最低。这确保了高精度应用在整个光谱范围内的"干净"和稳定输出。这种芯片级铒光纤激光器的输出功率超过10mW，边模抑制比超过70dB，性能优于许多传统系统。它还具有非常窄的线宽，这意味着它发出的光非常纯净和稳定，这对于传感、陀螺仪、激光雷达和光学频率计量等相干应用非常重要。基于微光的Vernier滤波器使激光器在C波段和L波段（用于电信的波长范围）内具有40nm的宽波长可调谐性，在调谐和低光谱尖刺指标（"尖刺"是不需要的频率）方面都超越了传统光纤激光器，同时与当前的半导体制造工艺保持兼容。将铒光纤激光器微型化并集成到芯片级设备中可降低其总体成本，使其可用于电信、医疗诊断和消费电子等领域的便携式高度集成系统。它还可以缩小光学技术在其他各种应用中的规模，如激光雷达、微波光子学、光频合成和自由空间通信。"这种新型掺铒集成激光器的应用领域几乎是无限的，"Liu说。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434644.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434644.htm

EPFL团队开发出新型芯片级激光源 能产生更短的波长

EPFL团队开发出新型芯片级激光源能产生更短的波长由半导体激光器激活的微型谐振器。图片来源：2023EPFL/AlainHerzog-CC-BY-SA4.0这项开创性工作由卡米耶-布雷斯（CamilleBrès）教授和来自洛桑联邦理工学院工程学院的博士后研究员马可-克莱门蒂（MarcoClementi）领导，是光子学领域的重大进展，对电信、计量学和其他高精度应用具有重要意义。提高相干性和可视性这项研究发表在《光：科学与应用》杂志上发表的这项研究揭示了PHOSL研究人员如何与光子学和量子测量实验室合作，成功地将半导体激光器与包含微谐振器的氮化硅光子电路集成在一起。这种集成产生了一种混合装置，能够在近红外和可见光范围内发射高度均匀和精确的光，填补了长期以来困扰业界的技术空白。"半导体激光器在现代技术中无处不在，从智能手机到光纤通信，无所不有。然而，由于缺乏相干性和无法有效产生可见光，它们的潜力一直受到限制，"布雷斯教授解释说。"我们的工作不仅提高了这些激光器的相干性，还将其输出转向可见光谱，为其应用开辟了新途径。"CamilleBrès教授和MarcoClementi在实验室。图片来源：2023EPFL/AlainHerzog-CC-BY-SA4.0这里所说的相干性是指激光器发出的光波相位的一致性。高相干性意味着光波同步，从而产生具有非常精确的颜色或频率的光束。这一特性对于激光光束的精度和稳定性要求极高的应用（如计时和精密传感）来说至关重要。提高精度和改进功能该团队的方法是将市面上的半导体激光器与氮化硅芯片耦合在一起。这种微小的芯片是采用行业标准、高性价比的CMOS技术制造的。由于氮化硅材料具有优异的低损耗特性，因此几乎没有光被吸收或逃逸。半导体激光器发出的光通过微型波导流入极小的空腔，光束被截留在空腔中。这些被称为微环谐振器的空腔经过精密设计，可在特定频率上产生共振，选择性地放大所需的波长，同时衰减其他波长，从而增强发射光的相干性。另一项重大成就是混合系统能够将商用半导体激光器发出的光的频率提高一倍，从而实现从近红外光谱到可见光光谱的转变。频率和波长之间的关系成反比，也就是说，如果频率增加一倍，波长就会减少一半。虽然近红外光谱可用于通信，但更高的频率对于制造更小、更高效的设备（如原子钟和医疗设备）也是必不可少的，因为这些设备需要更短的波长。当腔体中的滞留光经历一个称为全光极化的过程后，氮化硅中就会产生所谓的二阶非线性，从而实现更短的波长。这里所说的非线性是指光在与材料相互作用时产生的与频率不成正比的显著变化，即幅度上的跳跃。氮化硅通常不会产生这种特定的二阶非线性效应，而研究小组通过一项优雅的工程设计来诱发这种效应：该系统利用光在腔体内共振时产生电磁波的能力，激发材料的非线性特性。为未来技术铺平道路"我们不仅在改进现有技术，还在推动半导体激光器的发展，"在该项目中发挥关键作用的马可-克莱门蒂（MarcoClementi）说。"通过缩小电波长和可见光波长之间的差距，我们为生物医学成像和精确计时等领域的新应用打开了大门。"这项技术最有前景的应用之一是计量学，特别是在开发紧凑型原子钟方面。导航技术进步的历史取决于精确计时器的便携性--从16世纪确定海上经度，到今天确保太空任务的精确导航和实现更好的地理定位。"克莱门蒂指出："这一重大进步为未来的技术奠定了基础，其中一些技术尚待构思。"该团队对光子学和材料科学的深刻理解有可能带来更小、更轻的设备，并降低激光器的能耗和生产成本。他们有能力利用工业标准制造技术，将一个基本的科学概念转化为实际应用，这凸显了解决复杂技术挑战的潜力，从而带来不可预见的进步。参考文献：MarcoClementi、EdgarsNitiss、JunqiuLiu、ElenaDurán-Valdeiglesias、SofianeBelahsene、HélèneDebrégeas、TobiasJ.Kippenberg和Camille-SophieBrès，"通过自注入锁定全光极化实现芯片级二次谐波源"，2023年12月8日，《光：科学与应用》。DOI:10.1038/s41377-023-01329-6编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404005.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404005.htm

EPFL Galatea实验室科学家用玻璃制造出飞秒激光器

EPFLGalatea实验室科学家用玻璃制造出飞秒激光器科学家们用玻璃制造出了一种紧凑型飞秒激光器，彻底改变了对准过程，有望推动量子光学和技术微型化的发展。这一创新方法得到了欧洲研究理事会的资助，有望实现商业化。图片来源：JamaniCaillet/EPFLGalatea实验室是光学、力学和材料科学的交叉学科，飞秒激光器是贝鲁厄工作的关键要素。这些激光器能发出极短而稳定的光脉冲，可应用于激光眼科手术、非线性显微镜、光谱学和可持续数据存储等多个领域。通常情况下，商用飞秒激光器是通过将光学元件安装在基板（如光学面包板）上制成的，因此必须进行细致的对准。"我们使用飞秒激光来研究材料的非线性特性，以及如何改变材料的体积，"Bellouard解释说。"通过痛苦的复杂光学对准练习，让你梦想用更简单、更可靠的方法来对准复杂的光学器件"。Bellouard及其团队的解决方案是什么？使用商用飞秒激光器用玻璃制作飞秒激光器，大小不超过一张信用卡，对准麻烦更少。研究成果发表在《光学》（Optica）杂志上。如何用玻璃制造飞秒激光器要利用玻璃基板制造飞秒激光器，科学家们首先要从一块玻璃板开始。Bellouard解释说："我们希望制造出稳定的激光器，所以我们使用玻璃，因为玻璃的热膨胀率比传统基板低，是一种稳定的材料，而且对我们使用的激光来说是透明的。"科学家们使用商用飞秒激光器在玻璃上蚀刻出特殊的刘海，以便精确放置激光器的重要组件。即使是微米级精度的制造，刘海和组件本身的精度也不足以达到激光品质的对准。换句话说，反射镜还没有完全对准，因此在这个阶段，他们的玻璃装置还不能作为激光器使用。使用蚀刻技术制造GigaFemto激光器。图片来源：JamaniCaillet/EPFL科学家们还从以前的研究中了解到，他们可以使玻璃局部膨胀或收缩。为什么不用这种技术来调整反射镜的排列呢？因此，最初的蚀刻设计是让一面镜子位于一个刘海中，刘海中的微机械挠性设计可以在飞秒激光照射时局部搅拌镜子。这样，商用飞秒激光器就能被第二次使用，这次是为了校准反射镜，并最终制造出稳定的小型飞秒激光器。Bellouard说："这种利用激光与物质相互作用对自由空间光学元件进行永久对准的方法可以扩展到各种光学电路，对准分辨率极高，可达亚纳米级。"应用及其他Galatea实验室正在进行的研究项目将探索如何在量子光学系统组装中使用这项技术，从而突破目前可实现的微型化和对准精度的极限。对准过程仍由人类操作员监督，通过练习，可能需要几个小时才能完成。尽管激光器体积很小，但其峰值功率可达约千瓦，发射脉冲的时间不到200飞秒，仅够光穿过人的头发。这项新颖的飞秒激光技术将由Cassio-P公司推出，该公司将由Galatea实验室的AntoineDelgoffe领导。Bellouard总结道："飞秒激光器是可以自我复制的，那是否意味着我们已经到了自我克隆制造设备的阶段？"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399729.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399729.htm

指尖大小的超快激光器可帮助科学家以最快时间尺度观察自然界

指尖大小的超快激光器可帮助科学家以最快时间尺度观察自然界激光器是观察、探测和测量自然界中我们肉眼无法看到的事物的重要工具。然而，由于需要使用昂贵的大型仪器，执行这些任务的能力往往受到限制。在《科学》（Science）杂志最新发表的一篇封面论文中，研究员郭秋实（QiushiGuo）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。这种独特的激光器能以飞秒级的时间间隔发射一连串超短相干光脉冲，也就是惊人的四十亿分之一秒。基于纳米光子铌酸锂的芯片级超快锁模激光器。资料来源：AlirezaMarandiUltrafastmode-lockedlasers（超快锁模激光器）是揭开自然界最快时间尺度秘密不可或缺的工具，例如化学反应中分子键的生成或断裂，或者光在湍流介质中的传播。此外，锁模激光器的高速度、脉冲峰值强度和宽光谱覆盖范围也使许多光子学技术得以实现，包括光学原子钟、生物成像以及利用光来计算和处理数据的计算机。遗憾的是，最先进的锁模激光器目前都是昂贵、耗电的台式系统，仅限于实验室使用。"我们的目标是彻底改变超快光子学领域，将基于实验室的大型系统转变为可大规模生产和现场部署的芯片级系统，"纽约市立大学先期科学研究中心光子学计划教员、纽约市立大学研究生中心物理学教授郭秋实说。"我们不仅要把东西做得更小，还要确保这些超快芯片级激光器能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瓦特，以创建有意义的芯片级系统"。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。这种材料可通过外部射频电信号实现激光脉冲的高效整形和精确控制。在他们的实验中，郭秋实的团队将III-V族半导体的高激光增益与TFLN纳米级光子波导的高效脉冲整形能力独特地结合在一起，展示了一种可发出0.5瓦高输出峰值功率的激光器。除了体积小巧之外，所演示的锁模激光器还表现出许多传统激光器无法企及的迷人特性，为未来的应用提供了深远的影响。例如，通过调节激光器的泵浦电流，郭能够在200MHz的极宽范围内精确调节输出脉冲的重复频率。通过利用所展示激光器的强大可重构性，研究团队希望实现芯片级频率稳定的梳状光源，这对精密传感至关重要。郭的团队还需要解决更多的挑战，才能实现可扩展、集成的超快光子系统，并将其应用于便携式和手持式设备，但他的实验室已经通过目前的演示克服了一个主要障碍。这项成果为最终使用手机诊断眼疾或分析食物和环境中的大肠杆菌和危险病毒铺平了道路，它还可以实现未来芯片级原子钟，从而在全球定位系统受到破坏或无法使用时进行导航。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399767.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399767.htm

照亮前行之路：卓越片上激光器的量子探索

照亮前行之路：卓越片上激光器的量子探索量子点和量子阱激光二极管由III-V族QW/QDDFB激光器和SiN微扰谐振器组成量子点和量子阱激光二极管：微谐振器的未来基于量子阱(QW)和量子点(QD)半导体材料的片上激光二极管现已成为各种应用的主要候选器件。量子阱（QW）和量子点（QD）基于半导体材料的片上激光二极管目前已成为各种应用的主要候选器件，它们具有功率效率高、可在高温下工作和体积小等诱人特性。尽管QWs已经广泛应用于商业产品中，但QDs以其独特的零维态密度和类似原子的退变性，成为一种很有前途的替代品。通过自注入锁定，III-V族激光器与氮化硅（SiN）微谐振器的异质集成增加了内在优势。这些优势包括结构紧凑、大批量生产的潜力以及更高的稳定性。与在原生平台上生长的III-V族激光器相比，该技术具有更出色的线宽收窄性能。不同QD层（a）和QD密度（b）下III-V族/SiN族QD激光器的线宽FWHM与注入电流密度的函数关系。资料来源：EmadAlkhazraji、WengW.Chow、FrédéricGrillot、JohnE.Bowers和YatingWan。探索量子阱和量子点器件的新研究最近发表在《光科学与应用》杂志上的一项研究对复合腔激光器有源介质的设计进行了参数调查。这项研究由沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）集成光子学实验室的万雅婷教授、美国阿尔伯克基桑迪亚国家实验室的WengW.Chow博士、法国巴黎综合理工学院巴黎电讯LTCI的FrédéricGrillot教授和美国加州大学圣巴巴拉分校的JohnBowers教授共同领导。研究小组重点研究了载流子量子约束对锁定复合腔器件的动态和光谱特性的影响。他们特别强调了将III-V族QW或QD分布反馈（DFB）激光器与SiN微孔谐振器集成时发射光谱的细化或线宽的缩小。该研究论文的第一作者EmadAlkhazraji阐明了改进背后的原理。Alkhazraji解释说："当适当调整并锁定到一个或多个微孔的whisperinggallery模式时，瑞利后向散射形式的光反馈可使激光二极管的激光线宽大幅降低到Hz级。"图像显示了4D设计空间和每个器件的最佳点。资料来源：EmadAlkhazraji、WengW.Chow、FrédéricGrillot、JohnE.Bowers和YatingWan。研究结果和对未来设计的启示通过遗传算法对QW和QD器件进行多目标设计-操作优化分析，研究人员结束了参数调查，然后采用多决策算法确定每个优化变量的最佳设计操作点。"这些发现为更全面的参数研究提供了指导，可以为工程设计提供及时的结果，"万教授总结道。该研究强调了激光二极管技术领域的改进和进一步发展潜力。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371359.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371359.htm

英国提早五年为军舰配备可击落无人机的激光器

英国提早五年为军舰配备可击落无人机的激光器英国国防部决定从2027年起为军舰配备可以击落无人机的激光器，这比原定时间提早了五年。路透社报道，为军舰提供激光器是英国国防部加快新技术部署的改革措施之一。英国采用的是“龙火”（DragonFire）激光器，此前预计将在2032年才开始为英国军舰安装。这种激光器可以通过激光束切割目标无人机，可能成为击落无人机的长期低成本替代方案。英国国防部说，激光器可以向空中任何可见目标发射，每发射一次的成本约10英镑（约17新元），精准度相当于击中1公里外的一枚英镑硬币。英国国防部长沙普斯发表声明说，“面对一个更危险的世界，我们的军备采购也随之改变”，他说：“龙火（激光器）展示了英国在最前沿军事技术方面的优势，我们不会拖延时间，一定会尽快为我们的军队提供这种武器。”2024年4月12日9:08AM