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現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使得人們對于信息的容量和處理速度的需求都在飛速增加。鈮酸鋰是最廣泛使用的光電材料之一，其電光特性出眾，基于鈮酸鋰制備的電光調(diào)制器是現(xiàn)代光纖通信技術(shù)的支柱。并且其透明窗口范圍、光學(xué)損耗、非線性性能、高速電光調(diào)制性能和壓電性能等方面相較硅有很大的優(yōu)勢。
盡管在集成鈮酸鋰光子電路方面(從頻率梳到頻率轉(zhuǎn)換器和調(diào)制器)取得了長足的進(jìn)展，但有一個大部件仍然不容樂觀、難以集成，那就是激光器。長距離電信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心光互連和微波光子系統(tǒng)都依靠激光器來產(chǎn)生用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓廨d體。在大多數(shù)情況下，激光器是獨(dú)立的設(shè)備，位于調(diào)制器外部，這就使得整個系統(tǒng)更加昂貴，穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性更差。
近日，哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的研究人員與行業(yè)合作伙伴攜手，在鈮酸鋰芯片上開發(fā)了第一臺全集成高功率激光器。他們將小型但功能強(qiáng)大的分布式反饋激光器集成在芯片上。這些激光器位于蝕刻在鈮酸鋰芯片內(nèi)的小井或溝槽中，且與鈮酸鋰內(nèi)的50千兆赫茲電光調(diào)制器相結(jié)合，構(gòu)建了一個高功率發(fā)射器。
研究團(tuán)隊(duì)的集成芯片使用了小型但強(qiáng)大的分布式反饋激光器。在芯片上，激光器位于蝕刻在鈮酸鋰上的小井或溝槽中，在同一平臺上制作的波導(dǎo)中提供高達(dá)60毫瓦的光功率。研究人員將激光器與鈮酸鋰中的50千兆赫的電光調(diào)制器結(jié)合起來，建立了一個高功率發(fā)射器。把激光器弄到鈮酸鋰芯片上已被證明是最大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一，研究團(tuán)隊(duì)使用了從以前的集成鈮酸鋰光子學(xué)發(fā)展中學(xué)到的所有納米加工技巧和技術(shù)來克服這些挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)了在鈮酸鋰薄膜平臺上集成高功率激光器的目標(biāo)。
集成高性能的即插即用激光器將大大降低未來通信系統(tǒng)的成本、復(fù)雜性和功耗。這是一個可以集成到更大的光學(xué)系統(tǒng)中的構(gòu)件，可用于傳感、激光雷達(dá)和數(shù)據(jù)電信等一系列應(yīng)用。這項(xiàng)將鈮酸鋰薄膜器件與高功率激光器使用工業(yè)友好型工藝相結(jié)合的研究，朝著大規(guī)模、低成本、高性能發(fā)射陣列和光網(wǎng)絡(luò)方向邁出了關(guān)鍵一步，并且為高功率電信系統(tǒng)、全集成光譜儀、光學(xué)遙感和量子網(wǎng)絡(luò)的高效頻率轉(zhuǎn)換以及其他應(yīng)用鋪平了道路。
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