EPFL光子系统实验室(PHOSL)的团队已经开发出一种芯片级激光源，可以提高半导体激光器的性能，同时能够产生更短的波长。
这项开创性的工作由EPFL工程学院的Camille br
这项研究发表在《光:科学与应用》杂志上，揭示了PHOSL研究人员如何与光子学和量子测量实验室合作，成功地将半导体激光器与含有微谐振器的氮化硅光子电路集成在一起。这种集成产生了一种混合设备，可以在近红外和可见光范围内发出高度均匀和精确的光，填补了长期以来挑战该行业的技术空白。
“半导体激光器在现代技术中无处不在，从智能手机到光纤通信，无处不在。然而，由于缺乏相干性和无法有效地产生可见光，它们的潜力受到了限制，”br
在这种情况下，相干性是指激光发射的光波相位的均匀性。高相干性意味着光波是同步的，导致光束具有非常精确的颜色或频率。这种特性对于激光束的精度和稳定性至关重要的应用至关重要，例如计时和精密传感。
该团队的方法是将市售的半导体激光器与氮化硅芯片相结合。这种微型芯片采用工业标准、低成本的CMOS技术制造。由于这种材料特殊的低损耗特性，几乎没有光被吸收或逃逸。
半导体激光器发出的光通过微小的波导流入极小的腔中，在那里光束被捕获。这些被称为微环谐振器的腔体被复杂地设计成在特定频率上共振，有选择地放大所需波长，同时衰减其他波长，从而增强发射光的相干性。
另一个重要的成就是混合系统能够将来自商用半导体激光器的光的频率提高一倍，从而实现从近红外光谱到可见光光谱的转变。
频率和波长之间的关系是反比的，这意味着如果频率增加一倍，波长就会减少一半。虽然近红外光谱被用于电信，但更高的频率对于制造更小、更高效的设备(如原子钟和医疗设备)是必不可少的，而这些设备需要更短的波长。
当被困在腔内的光经历一个称为全光极化的过程时，就可以获得这些更短的波长，这在氮化硅中引起了所谓的二阶非线性。在这种情况下，非线性意味着光的行为有一个显著的变化，一个幅度的跳跃，它与它与材料相互作用产生的频率不成正比。
氮化硅通常不会产生这种特殊的二阶非线性效应，研究小组通过一项优雅的工程壮举来诱导它:该系统利用光在腔内共振时的能力产生电磁波，从而激发材料的非线性特性。
“我们不仅在改进现有技术，而且还在推动半导体激光器的极限，”在该项目中发挥关键作用的马可·克莱门蒂(Marco Clementi)说。“通过弥合电信和可见波长之间的差距，我们为生物医学成像和精密计时等领域的新应用打开了大门。”
这项技术最有前途的应用之一是计量学，特别是在紧凑原子钟的开发中。导航进步的历史取决于精确计时器的便携性——从16世纪在海上确定经度，到确保太空任务的精确导航，再到今天实现更好的地理定位。
克莱门蒂指出:“这一重大进步为未来的技术奠定了基础，其中一些技术尚未被构想出来。”
该团队对光子学和材料科学的深刻理解将有可能导致更小更轻的设备，降低激光的能耗和生产成本。他们有能力将基本的科学概念转化为实际应用，并使用行业标准制造，这突显了解决复杂技术挑战的潜力，这些挑战可能导致不可预见的进步。
