【光学前沿】芯片级激光器研发取得新进展

自20世纪60年代以来，激光技术的发展为世界带来了革命性的变化，广泛应用于尖端手术、精密制造、光纤数据传输等领域。随着激光应用需求的增长，光纤激光器市场不断扩大，主要用于工业切割、焊接和打标。

一、光纤激光器的特点
光纤激光器使用掺杂稀土元素（如铒、镱、钕）的光纤作为光学增益源，具有高质量光束、高输出功率、高效率、低维护成本和耐用性。它们体积小，是低相位噪声的“黄金标准”，光束稳定性高。
尽管光纤激光器性能优越，但对芯片级光纤激光器微型化的需求不断增长，特别是在保持高相干性和稳定性的基础上。

二、研究突破
EPFL的Yang Liu博士和Tobias Kippenberg教授领导的团队成功制造出首台芯片集成的掺铒波导激光器，性能接近光纤激光器，同时具备宽波长可调谐性和芯片级光子集成的实用性。该研究发表在《自然·光子学》上。

三、技术细节
研究人员采用先进制造工艺，在超低损耗氮化硅光子集成电路上构建了一米长的片上光腔。通过集成微孔谐振器，有效延长光路而不增大物理尺寸。电路中植入高浓度铒离子，与III-V族半导体泵浦激光器集成，激发铒离子产生激光。
3.1创新设计
设计了基于微孔的Vernier过滤器，实现激光波长的大范围动态调整，支持稳定的单模激光，线宽仅50 Hz，边模抑制功能显著，确保高精度应用的稳定输出。
3.2性能优势
输出功率超过10 mW，侧模抑制比超过70 dB，线宽非常窄，适用于传感、陀螺仪、激光雷达和光学频率计量等相干应用。在C波段和L波段内具有40 nm的宽波长可调谐性，超越传统光纤激光器。

四、应用前景
芯片级铒光纤激光器的微型化和集成化降低了成本，适用于电信、医疗诊断和消费电子产品的便携式高度集成系统，同时推动了激光设备、微波光子学、光频合成和自由空间通信等技术的发展。