文章图片
文章图片
长三角G60激光联盟导读
据悉 ， 飞秒脉冲激光器以超快脉冲的形式发射光 ， 持续时间为十亿分之一秒的百万分之一秒 ， 是一种强大的工具 ， 用于从医学和制造业到空间和时间的传感和精确测量的一系列应用 。 如今 ， 这些激光器通常是昂贵的 ， 这限制了它们在具有尺寸和功耗限制的应用中的使用 。
时间透镜将连续波单色激光束转换成高性能的片上飞秒脉冲源 。 来源：Second Bay Studios/Harvard SEAS
片上飞秒脉冲源将开启量子和光学计算、天文学、光通信等领域的新应用 。 然而 ， 将可调谐和高效的脉冲激光器集成到芯片上是一个挑战 。
现在 ， 哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员使用一种似乎完全出自科幻小说的工具：时间镜头 ， 开发了一种高性能的片上飞秒脉冲源 。
通过时间透镜系统对光脉冲进行电合成的概念 。
这项研究发表在《Nature》杂志上 。
SEAS电气工程教授、该研究的资深作者Marko Lon?ar表示：“产生由多种颜色的光组成的高强度短脉冲的脉冲激光器仍然很大 。 ”
“为了使这些光源更实用 ， 我们决定缩小一种众所周知的方法 ， 利用我们开发的最先进的集成光子学平台来实现常规和大型飞秒光源 。 重要的是 ， 我们的芯片采用了像制造计算机芯片那样的微制造技术 ， 这不仅确保了成本和尺寸的降低 ， 而且还提高了d飞秒光源的性能和可靠性 。 ”
通过集成铌酸锂芯片的电光时间透镜产生飞秒脉冲 。
传统的透镜 ， 如隐形眼镜或放大镜和显微镜中的透镜 ， 通过改变它们的相位来弯曲来自不同方向的光线 ， 从而使它们到达空间中的同一位置 ， 即焦点 。
另一方面 ， 时间透镜以类似的方式“弯曲”光束 ， 但它们在时间而不是空间上改变光束的相位 。 通过这种方式 ， 以不同速度传播的不同颜色的光被重新计时 ， 以便它们都同时到达焦平面 。
想象一场汽车比赛 ， 其中每种颜色的灯光都是不同的汽车 。 首先 ， 时间镜头错开每辆车的离开时间 ， 然后设置它们的速度 ， 以便它们同时到达终点 。
波长复用、平顶、高功率电光梳状源 。
为了产生飞秒脉冲 ， 该团队的设备在Lon?ar实验室首创的铌酸锂平台上使用了一系列光波导、耦合器、调制器和光栅 。
该团队首先将一束连续波单色激光束通过一个幅度调制器 ， 该调制器控制通过时间透镜的光量 ， 这一功能类似于传统透镜中的光圈 。 然后 ， 光通过透镜的“弯曲”部分传播 ， 在这种情况下是一个相位调制器 ， 在那里产生不同颜色的频率梳 。 回到汽车类比 ， 相位调制器在不同的启动时间创建并释放不同颜色的汽车 。
然后 ， 激光的最后一部分沿着波导进入鱼骨光栅 。 光栅改变了不同颜色的光的速度 ， 使它们在比赛中彼此并驾齐驱 ， 以便它们同时到达终点线（或焦平面） 。
在薄膜铌酸锂上具有色散波导的集成时间透镜系统 。
由于该设备控制不同波长的传播速度以及它们到达焦平面的时间 ， 它可以有效地将连续的单色激光束转换为宽带高强度脉冲源 ， 从而产生超快的520飞秒脉冲 。
该器件可高度调谐 ， 集成在2cm×4mm的芯片上 ， 由于铌酸锂的电光特性 ， 与桌面产品相比 ， 所需功率显著降低 。
“我们已经证明 ， 集成光子学可以同时提高能量消耗和尺寸 ， ”SEAS前博士后、该研究的第一作者Yu Mengjie说 。
“这里没有折衷方案；你在节省空间的同时也节省了能源 。 随着设备变得更小、更集成 ， 你只会获得更好的性能 。 试想一下 ， 未来我们可以在口袋里携带飞秒脉冲激光器来感知水果的新鲜程度 ， 或者实时跟踪我们的健康状况 ， 或者在汽车里进行距离测量 。 ”
接下来 ， 该团队的目标是探索激光本身和时间透镜技术的一些应用 ， 包括望远镜等透镜系统以及超快信号处理和量子网络 。
【片上时间透镜产生超快脉冲】来源：Integrated femtosecond pulse generator on thin-film lithium niobate Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05345-1
推荐阅读
- 《春光好》：所有人的三重宇宙
- 暴龙幼崽死于非命！科学家试图解释其死因！
- 科学家，终于不再需要成为赌徒
- 人死后仍会有意识，大脑还会继续运行？死后的人又会去哪儿？
- 科学家复活被冰冻48500年古老病毒，网友：我还想活到2023年
- 霍金的警告是谣言，还是事实？中国天眼真的会无端给人类带来灾难？
- 2022年最后一场大型流星雨即将点亮夜空
- 银河系的中心是什么？爱因斯坦早在1916年，就曾预测过它的存在！
- 科学如果没有制约，很可能成为威胁和终结人类的可怕工具