荷兰团队开发出超高效连续白光激光器芯片

近日，来自荷兰特温特大学的一组研究人员取得了在超高效芯片上超连续体生成方面的突破，他们宣布成功开发出了超高效超连续白光激光器芯片。这一发现代表了“集成光子学领域向前迈出的一大步”，并且能够应用于便携式医疗成像设备、化学传感和激光雷达，相关成果已发表于《高级光子学研究》（Advanced Photonics Research）杂志上。

激光发射的光通常是相干的：它们发出的波在频率和波形上相同。这种相干性，在极远的距离上以极低的噪声发送窄光束成为了可能。

但这也意味着这种激光通常只发射单一波长，这会限制其应用。与之相比，超连续光谱激光器则能够产生连续的彩色光谱，从而呈现出白色。

它们被用于3D成像设备。然而，事实证明，要产生这种宽带宽的颜色，超连续介质激光器有很高的峰值功率消耗（脉冲能量），是巨大的，必须在实验室中稳定。这使得它们变得昂贵而无用。

而特温特大学的研究人员则通过使用所谓的符号交替色散波导，显著降低了所需的脉冲能量。这种波导的设计目的是通过交替加宽和缩小光束来控制光的色散。与传统方法相比，这种方法将所需的脉冲能量减少了约1000倍。该方法提供了一种更有效的方法来在芯片上产生超连续介质光，这在医学成像和激光雷达中有许多潜在的应用。

研究人员提出了一种集成超连续介质发电的输入能量需求大幅降低几个数量级的方案，用于500－1000纳米级的带宽发电。通过在CMOS兼容的氮化硅波导中进行符号交替色散，效率提高了2800倍。

研究表明，在高光谱功率（例如1／e级）下产生大带宽超连续谱的脉冲，其能量要求从纳焦耳降低到了6皮焦耳。降低脉冲能量要求使得芯片得以集成激光源（如锁模异构或混合集成二极管激光器），从而实现完全集成的芯片上高带宽超连续介质源。