更新时间：2025-05-18 02:04作者：佚名
哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEA）的物理学家开发了一种紧凑的激光器，可以在重要但难以实现的波长范围内发射超强的短脉冲光线，将大型光子设备的性能整合到单个芯片中。这项研究发表在《 《自然》杂志上，首次演示了可以在没有外部组件的情况下运行的片上的picsecond中红外激光脉冲发生器。该设备能够生成称为“光频梳”的频谱，该频谱当前使用相同间隔的频率线（如梳子齿）组成，用于精确测量。预计这种新的激光芯片将加快用于环境监测的高光谱宽光气体传感器的开发，或者将来用于医学成像的新光谱工具。该论文的相应作者是Federico Capasso。这项研究得到了国家科学基金会和国防部的支持，其合作机构包括维也纳技术大学的施瓦茨团队，由路易吉·A·卢吉亚托（Luigi A. ``这项令人兴奋的新技术通过芯片非线性光子学产生了中红外超短脉冲，过去从未实现过。更重要的是，该设备可以使用标准半导体工艺在工业激光铸造厂轻松生产。 '中红外是电磁频谱的无形部分，目前用于环境监测领域。由于诸如二氧化碳和甲烷之类的气体分子可以有效吸收中红外光，因此该波长范围已成为监测环境气体的重要工具，尤其是Capasso在1990年代率先启用的量子级联激光技术。本文显示了生成宽带光源的路径，例如，可以在单个设备中检测到多种气体吸收指纹。 “这是创建所谓的“超连续光谱源”的关键步骤，该光源可以在单个芯片上以不同的频率产生数千个光。该论文的联合第一作者，Capasso研究团队的研究员Dmitry Kazakov说：“我认为这将是该平台未来开发的真正可能性。” '纳米光子学工程中这种新突破的核心是量子级联激光器，它通过在不同的纳米结构中堆叠半导体材料来产生中红外的相干光束。与依靠模式锁定技术产生脉冲的传统半导体激光器不同，由于其超快动力学，量子级联激光器很难脉动。现有的基于量子级联激光器的中红外脉冲发生器通常需要复杂的设备和多个离散硬件组件，并且输出功率和光谱带宽存在局限性。新的脉冲发生器无缝结合了非线性集成光子学和集成激光器的多种概念，以在单个设备中生成称为“ solons”的特殊紫红色脉冲。研究团队从看似无关的“ KER MicroCavity谐振器”光学调制设备中汲取了设计灵感，并绕过了传统的脉冲生成技术，例如通过创意思维进行模式锁定。
量子级联光子整合芯片的光学显微镜图像。 “在量子级联激光器的研究中，我们的测量方法是非传统的，”麻省理工学院研究生的联合首先作者Theodore Letsou说。我们合并了两个技术领域，以将KERR共振群落的方法应用于我们的系统，这一过程令人兴奋。除了令人印象深刻的身体突破外，这项工作的最重要意义是增强我们对制造和运营多组分体系结构的信心，这曾经是中红外综合光子学领域的主要挑战。我们已经开发了新的体系结构来实现以前被认为是不可能的功能。研究小组借鉴了1980年代建立的被动Kerr共振器的基本理论。该论文的合着者路易吉·卢吉亚托（Luigi Lugiato）重新涂了他的原始方程式，以描述中红外激光系统的动态。 '这是从Lugiato-Lefever方程式开始的旅程的顶峰。 “意大利乌斯林大学的荣誉教授说：“最初用作被动系统模型的方程式已发展为各种腔体的孤子频率梳子的统一框架，最后预测了在Thresholds ——上方的Light-prime-prodenum量子级数激光器的孤子现象。 ``新的中红外激光可以连续而稳定地工作几个小时，更重要的是，它可以使用现有的工业过程大量生产，这将*加速其广泛使用。该设备由外部驱动的环谐振器，一个驱动谐振器的芯片激光器以及第二个主动环谐振器作为滤镜组成，芯片是在维也纳技术大学生产的。 ``这项技术有望在中红外光谱中成为破坏者，该论文的合着者兼莱昂纳多·DRS DRS Daylight Solutions的高级副总裁。利用现有过程来实现商业质量生产，将促进多个市场的创新发展，例如环境监测，工业过程控制，生命科学研究和医学诊断。 '
