光子芯片被放置在一枚1瑞士法郎硬幣上。圖片來源：瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院

　　科技日報(bào)北京6月4日電 （記者張佳欣）瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)首次將高性能飛秒激光器集成到光子芯片上，它可產(chǎn)生能量達(dá)1.05納焦，脈寬短至147飛秒的激光脈沖，性能可與傳統(tǒng)臺式飛秒激光器相媲美，為超快激光器的小型化和低成本化開辟了新路徑。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志。

　　光子芯片可以在微小的波導(dǎo)中引導(dǎo)和處理光信號，其作用有些類似電子芯片中的電路。近年來，許多原本需要大型光學(xué)設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)的功能，已經(jīng)逐漸被集成到這種芯片上。但飛秒激光器始終是最難攻克的一環(huán)，因?yàn)樗�既要產(chǎn)生極短脈沖，又要保持較高能量，對光場控制要求極高。

　　此次突破的關(guān)鍵在于研究團(tuán)隊(duì)采用了一種此前較少受到關(guān)注的激光器架構(gòu)，即馬梅舍夫振蕩器。在這種結(jié)構(gòu)中，激光腔里的非線性波導(dǎo)被放置在兩個(gè)光學(xué)濾波器之間，強(qiáng)光脈沖經(jīng)過波導(dǎo)時(shí)會(huì)擴(kuò)展出更寬的顏色范圍，從而能夠穿過濾波器并繼續(xù)循環(huán)，較弱的光則無法做到這一點(diǎn)，會(huì)被自動(dòng)濾除。

　　光在芯片狹窄波導(dǎo)中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的非線性相互作用。在許多傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，這種效應(yīng)容易導(dǎo)致激光脈沖失穩(wěn)，而馬梅舍夫振蕩器對這一問題不那么敏感，因此更適合芯片環(huán)境。團(tuán)隊(duì)利用摻鉺氮化硅平臺制造了這種芯片激光器，雖然激光腔總長度達(dá)到42厘米，但通過在芯片上折疊布局，最終被壓縮到僅有火柴頭大小的區(qū)域。團(tuán)隊(duì)展示的樣品可輕松放置在一枚1瑞士法郎硬幣上，其體積遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)光纖激光器系統(tǒng)。

　　光子芯片可采用與半導(dǎo)體芯片類似的晶圓級工藝批量制造，一次生產(chǎn)有望集成超過1000個(gè)激光腔。這意味著未來超快激光器的制造成本有望顯著降低，并推動(dòng)其從實(shí)驗(yàn)室走向更廣泛應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)表示，這種芯片級激光器不僅可用于光譜分析、材料缺陷探測和醫(yī)學(xué)診斷，還有望成為未來緊湊型光學(xué)原子鐘的重要組成，為下一代通信和導(dǎo)航技術(shù)提供支撐。

　　【總編輯圈點(diǎn)】

　　這一突破的核心價(jià)值在于繞開了芯片非線性效應(yīng)的傳統(tǒng)瓶頸。馬梅舍夫振蕩器的成功驗(yàn)證表明，光子集成不必一味追求新材料，舊架構(gòu)在新平臺上同樣能煥發(fā)新生。但需警惕的是，芯片級激光器在批量制造中的一致性、長期穩(wěn)定性以及與現(xiàn)有光電子系統(tǒng)的封裝兼容性問題尚未解決�？蒲腥藛T應(yīng)加快建立標(biāo)準(zhǔn)化測試體系與工藝規(guī)范，避免陷入“實(shí)驗(yàn)室驚艷、產(chǎn)線難產(chǎn)”的困境，真正推動(dòng)技術(shù)落地。