登上《自然》！新型铌酸锂激光技术诞生，或颠覆光学测距技术

近日，瑞士联邦理工学院（EPFL）和IBM的科学家们宣布开发出了一种新型激光器，这种激光器有望对光学测距技术产生重大影响。

该激光器是基于锂铌酸材料，这种材料通常用于光调制器领域，它能够控制通过设备传输的光的频率或强度。铌酸锂之所以价值颇高，是因为它可以处理大量的光功率，并且具有很高的Pockels系数，这意味着当对其施加电场时，它可以改变其光学性质。

研究人员通过将铌酸锂与氮化硅结合，从而成功打造出一种新型的混合集成可调谐激光器。研究人员通过将铌酸锂与氮化硅结合，实现了他们的突破，这使他们能够生产出一种新型的混合集成可调谐激光器。

这项研究已发表在3月15日的《自然》（Nature）杂志上。

适配激光雷达应用

这种方法产生了一种具有低频噪声的激光（衡量激光频率稳定程度的标准），同时能够实现快速波长调谐——这两个方面都是用于光探测和测距（激光雷达）应用的激光的关键特性。然后，开发人员进行了光学测距实验，他们使用激光高精度地测量了距离。

除了集成激光器之外，这一混合特性平台还有望实现用于电信的集成收发器以及用于量子计算的微波光学换能器。

该项目EPFL方面的负责人Tobias J．Kippenberg教授表示：“这一结果的显著之处在于，激光同时提供了低相位噪声和快速皮秒级调谐，以往这在这样一个芯片规模集成激光器中以前从未实现过。”

实现多方面突破

尽管最近的进展已经证明了基于LiNbO₃的可调谐集成激光器，但该平台在证明频率敏捷、窄线宽集成激光器方面的全部潜力尚未实现。

上述研究报道了一种基于混合氮化硅（Si₃N₄－LiNbO₃）光子平台的快速调谐激光器，并演示了其在相干激光测距中的应用。平台基于超低损耗Si₃N₄光子集成电路与薄膜LiNbO₃的异质集成，通过在晶片级直接键合，实现了比之前演示的芯片级集成低得多的传播损耗（低至8．5分贝／米），并通过自注入锁定激光二极管实现了窄线宽激光。

据显示，谐振器的混合模式能够以12 × 10¹⁵Hz的速度进行电光激光频率调谐，具有高线性度和低迟滞，同时保持窄线宽。使用上述混合集成激光器，研究人员们进行了概念验证相干光学测距（FMCW激光雷达）实验。通过将LiNbO₃材料应用于Si₃N₄光子集成电路上，研究人员们创造了一个平台，该结合了薄膜LiNbO₃和Si₃N₄各自的优势，最终实现了精确的光刻控制、成熟的制造和超低损耗。