尽管最近在集成铌酸锂光子电路方面取得了很多进展——从频率梳到频率转换器和调制器——但有一个重要的部件仍然难以集成,这让人沮丧:激光器。
长途电信网络、数据中心光互连和微波光子系统都依赖于激光来产生用于数据传输的光载体。在大多数情况下,激光器是独立的设备,外部的调制器,使整个系统更昂贵,不稳定和可扩展。
现在,哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员与Freedom Photonics和HyperLight公司的行业合作伙伴合作,在铌酸锂芯片上开发了第一个完全集成的高功率激光器,为高功率电信系统、完全集成光谱仪、光学遥感和量子网络的高效频率转换以及其他应用铺平了道路。
“集成铌酸锂光子学是开发高性能芯片级光学系统的一个有前途的平台,但将激光传输到铌酸锂芯片上已被证明是最大的设计挑战之一,”SEAS电气工程和应用物理学教授、该研究的资深作者Marko Loncar说。“在这项研究中,我们使用了从以前集成铌酸锂光子学的发展中学到的所有纳米制造技巧和技术来克服这些挑战,并实现了在薄膜铌酸锂平台上集成高功率激光器的目标。”
这项研究发表在《光学》杂志上。
Loncar和他的团队在他们的集成芯片上使用了小而强大的分布式反馈激光器。在芯片上,激光器放置在蚀刻在铌酸锂上的小井或沟槽中,在同一平台上制造的波导中提供高达60毫瓦的光功率。研究人员将激光与铌酸锂中的50千兆赫电光调制器结合起来,构建了一个高功率发射器。
SEAS的研究生、该研究的第一作者Amirhassan Shams-Ansari说:“集成高性能即插即用激光器将大大降低未来通信系统的成本、复杂性和功耗。”“它是一个构建块,可以集成到更大的光学系统中,用于传感、激光雷达和数据通信等一系列应用。”
通过使用工业友好的工艺将薄膜铌酸锂器件与高功率激光器相结合,该研究代表了向大规模,低成本和高性能发射机阵列和光网络迈出的关键一步。接下来,该团队的目标是提高激光器的功率和可扩展性,以实现更多的应用。
哈佛大学技术发展办公室保护了Loncar实验室在铌酸锂系统方面的创新所产生的知识产权。Loncar是HyperLight Corporation的联合创始人,这家初创公司的成立是为了将集成光子芯片商业化,该芯片是基于他实验室开发的某些创新技术。
该研究由Dylan Renaud, Rebecca Cheng, Linbo Shao,
SEAS的朱迪和余梦洁,自由光子学的Hannah R. Grant, Leif Johansson以及超光公司的何凌燕和张眠。它得到了国防高级研究计划局的资助HR0011-20-C-0137和空军科学研究办公室的资助FA9550-19-1-0376。
故事来源:
材料所提供的哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院。利亚·巴罗斯(Leah Burrows)原创。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
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