研究人员开发出“指尖上”的高性能超快激光器

新华社北京11月13日电 激光是观测肉眼无法看到的极短时间尺度事件的重要工具，但执行这类任务一般只能在实验室进行。一项新研究提出了一种方法，可在纳米光芯片上部署高性能超快激光器，有望使超快激光器变成可批量生产、大规模部署的系统。该研究相关论文作为封面论文发表在新一期美国《科学》杂志上。

这项新研究由美国纽约市立大学先进科学研究中心与加州理工学院合作完成。据纽约市立大学先进科学研究中心近日发布的公报，在研究自然界极短时间尺度事件方面，超快锁模激光器是必不可少的工具，如化学反应中分子键的形成和断裂、光在湍流介质中的传播等。锁模激光器的高速、高脉冲峰值强度和广谱覆盖等性能还催生了许多光子学技术，包括光学原子钟和光子计算机等。但目前最先进的锁模激光器是价格昂贵、对功率要求高的大型设备，基本上仅限在实验室使用。

论文第一作者、纽约市立大学先进科学研究中心助理教授郭秋实表示，团队的目标是将锁模激光器这种大型实验室系统转变为可大规模生产和现场部署的芯片尺寸系统，并确保其提供令人满意的性能。

研究人员巧妙结合了三五族化合物半导体的激光增益特性和一种名为薄膜铌酸锂的新兴材料的电光特性，制造出集成在薄膜铌酸锂光芯片上的电泵浦锁模激光器，其输出功率峰值可达0.5瓦。电泵浦是指以电流激发半导体材料中的电子，使其跃迁到高能级，从而产生激光辐射。

这种芯片尺寸锁模激光器还显示出许多传统激光器不具备的特性。例如，通过调整泵浦电流，研究人员可在200兆赫的宽频范围内精确调整其输出脉冲的重复频率，这对精确传感至关重要。

《科学》杂志编辑评价说，研究团队演示了如何部署具有良好性能指标的锁模激光器，表明基于光芯片的锁模激光器有望用于精密测量和光谱学。

公报说，这种新型锁模激光器进入应用还面临许多挑战。研究人员下一步将继续推进可扩展、集成、超快激光器系统的实用化，使其可用于便携式和手持设备。