編譯/VR陀螺

光子學(xué)在過去十年取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，現(xiàn)在研究人員正在將大型激光系統(tǒng)小型化為集成半導(dǎo)體激光器。現(xiàn)代房間大小的激光器面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是，這些設(shè)備不能被快速調(diào)諧和重新配置，而這兩點(diǎn)對(duì)于LiDAR等突出的用例是至關(guān)重要的。

為了解決這些懸而未決的問題，美國(guó)羅切斯特大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組最近發(fā)表了一項(xiàng)研究，描述了一項(xiàng)創(chuàng)新，"有可能重塑集成光子學(xué)的格局"。該團(tuán)隊(duì)聲稱，他們新開發(fā)的激光器實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)創(chuàng)新：既是在可見光波段具有快速可配置性的窄線寬激光器，也是能夠在電信波長(zhǎng)內(nèi)發(fā)射高相干性光的多色集成泡克爾斯激光器。這些特點(diǎn)使研究人員能夠以創(chuàng)紀(jì)錄的速度調(diào)整激光器的頻率。

圖源：羅徹斯特大學(xué)

在這篇文章中，我們將討論這項(xiàng)研究的工作原理之一泡克爾斯效應(yīng)，以及羅切斯特大學(xué)的研究人員如何利用它來建立一個(gè)集成激光器。

什么是泡克爾斯效應(yīng)？

泡克爾斯效應(yīng)是一種電光效應(yīng)，其中介質(zhì)的折射率與外部施加的電場(chǎng)成比例地改變。這種效應(yīng)產(chǎn)生一種叫做雙折射的東西，即折射率與光的偏振和方向之間的關(guān)系，它與電場(chǎng)的強(qiáng)度成正比。眾所周知，泡克爾斯效應(yīng)只發(fā)生在非中心對(duì)稱材料中，其中最受歡迎的是晶體材料，如鈮酸鋰。

泡克爾斯效應(yīng)也被稱為線性電光效應(yīng)，最常用的形式是泡克爾斯電池。這些電池是旋轉(zhuǎn)激光器偏振的電光設(shè)備，由外部電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。

將臺(tái)式激光器縮小到芯片上

本周，由羅切斯特大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組透露了他們?nèi)绾卧谂菘藸査剐?yīng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種新型的集成激光器。這種新型激光器使用絕緣體上的鈮酸鋰（LNOI）波導(dǎo)元件來形成一個(gè)外部腔體，然后與激光器的增益部分耦合。

激光器將該部分作為一個(gè)由電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的相移，以利用泡克爾斯效應(yīng)。這樣，通過改變激光腔的有效光路長(zhǎng)度，就可以在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制和頻率調(diào)整。這一過程不會(huì)引入任何損耗，這是快速頻率調(diào)諧的一個(gè)重要特征。

圖源：羅徹斯特大學(xué)

由此產(chǎn)生的激光器被證明可以實(shí)現(xiàn)2 exahertz/s速度的高頻調(diào)制和50MHz速度的快速頻率切換。

該激光器原型提供了快速頻率啁啾，它通過記錄一個(gè)短脈沖的發(fā)射和反射光返回之間的時(shí)間來確定距離。這一功能對(duì)于LiDAR傳感器系統(tǒng)來說尤其重要。片上激光器還顯示了克服傳統(tǒng)集成激光器的光譜帶寬限制的能力。此外，該激光器在狹窄的波長(zhǎng)內(nèi)工作，并提供快速的可重構(gòu)性，這兩個(gè)特點(diǎn)對(duì)于操縱和探測(cè)原子物理學(xué)中的離子和原子很有用。

據(jù)該研究小組稱，新的激光器對(duì)于需要快速和精準(zhǔn)頻率控制的應(yīng)用非常重要。通過將以前的大型技術(shù)小型化，研究人員預(yù)計(jì)會(huì)為L(zhǎng)iDAR、遙感、微波光子學(xué)和AR/VR等用例提供益處。

來源：allaboutcircuits