Nature子刊：研究人员演示了集成Pockels激光器 _激光器

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【Nature子刊：研究人员演示了集成Pockels激光器】

长三角G60激光联盟导读
据悉，在这项工作中，研究人员通过将Pockels效应集成到半导体激光器中来解决一个关键的缺失函数。

摘要
集成半导体激光器的发展使传统的笨重激光系统小型化，使广泛的光子应用成为可能。从纯III-V基激光器到III-V/外腔结构的发展利用了不同材料体系中的低损耗波导，导致了激光相干性和稳定性的显著提高。然而，尽管取得了这些成功，关键功能仍然缺失。在这项工作中，我们通过将Pockels效应集成到半导体激光器中来解决一个关键的缺失函数。使用混合集成III-V/铌酸锂结构，演示了一些在以前的集成激光器中不存在的基本功能。此外，该装置通过二次谐波频率转换过程，以红外和可见光频率共振光，这是第一个集成多色激光器。结合其窄线宽和宽可调谐性，这种新型集成激光器在许多应用领域都有希望，包括激光雷达、微波光子学、原子物理和AR/VR 。
介绍
过去几十年来，集成半导体激光器领域取得了许多进展，涵盖了信息技术和基础科学。这些器件采用晶圆级制造工艺，大大降低了传统台式激光设备的形状因子，并提供了低得多的功耗和成本。早期的激光设计完全基于III-V半导体，配置为发射多波长的Fabry-Perot ，或用于单频发射的分布式反馈（DFB）设计。除了在许多应用中提供相干光产生外，这些器件还通过驱动光子集成电路（PIC），成为片上系统的关键组成部分。

微加工光子光学原子钟示意图。
随着硅光子学的不断成功，集成激光器采用了与III-V增益部分耦合的无源腔。这些集成外腔二极管激光器（ECDL）结构具有增强的光子寿命和可重构性，通过模拟其体积对应物，显著提高了集成光子的相干性和可调谐性。甚至最近，随着低损耗Si/SiN波导的制造取得显著进展，集成激光器的线宽现在可与最先进的台式ECDL甚至光纤激光器相媲美。相干性方面的这些进步极大地提高了通信的数据容量，以及片上传感和频率计量系统的精度。
在台式激光系统中，通常通过外部空腔中组件的快速机械运动来实现，但集成光子学中的类似策略更具挑战性。最常见的情况是，集成激光器的频率调谐依赖于热光效应，它相对较慢（kHz级速度）。即使可以通过III-V或硅波导的PN结的电流扫描实现MHz级频率调谐，这种载波诱导效应也会产生不必要的强度调制以及与窄线宽激光器不兼容的额外损耗。
（a）基于单波长微环的激光器结构示意图；（b）环形谐振器（红色）和DBR光栅（蓝色/绿色）组合的反射特性；并添加纵向模式间距（虚线）作为参考。
激光调制是利用激光作为载波进行调制的过程，激光具有极好的时间相干性和空间相干性，它与无线电波相似，易于调制，且光波的频率极高，能传递信息的容量很大。加之激光束发散角小，光能高度集中，既能传输较远距离，又易于保密。激光调制主要可分为内调制和外调制两类。
目前在集成光子学中，激光器的频率调制必须依赖于激光器外部的调制器或光泵。在低于硅带隙波长的短波长处，这种限制更为严重，目前只有热调谐可用于集成激光器的外部腔。与自由空间激光腔不同，在自由空间激光腔内，非线性介质可以很容易地在谐振器内实现，从而通过频率转换产生短波长光，到目前为止，适合电泵浦的集成非线性腔仍然难以实现。

Nature子刊：研究人员演示了集成Pockels激光器

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