国外团队打造出更稳定、高效的梳状激光器

2024-01-30 11:32

近日，激光技术初创公司illumtra与德国汉堡电子同步加速器研究中心（DESY）联手，成功合作研发出一种在设计上更为稳定、高效的梳状激光器。

此次研发的亮点在于，他们演示了具有可编程合成反射的微谐振器，为驱动激光器提供了定制的注入反馈。与传统的自注入锁相比，这一技术具有显著优势，并且可以利用标准的光刻技术进行生产。

梳状激光器能够发出多种颜色的光源，其频率间距从100 GHz至1 THz不等。这一技术的应用，对于光通信和人工智能领域的数据传输具有重大价值。

梳状激光器的优势在于其发出的颜色纯度。在光通信等领域的应用中，人们需要一种能够发出多种纯色光的激光器，而梳状激光器正好满足了这一需求。

为了提高梳状激光器的纯度，自注入锁定已成为行业内的标准方法。这种方法利用环形谐振器滤除噪声，通过瑞利反向散射使光从环内的随机缺陷反射回来，并再次注入到激光器中进行锁定。

“依赖随机缺陷的问题在于，它们可能取决于颜色，而且强度不够强大和稳定，”该论文的作者之一、Enlightenment公司的联合创始人John Jost表示，“存在一些限制，特别是当我们希望将更多光反馈到激光器时，因为这对实现有效的注入锁定至关重要。”

此项研究的关键突破在于设计了一种特殊的模式，使光在环形谐振器内能够进行定向的后向散射。这种模式专门针对某一特定颜色进行优化，确保更多的光能有效地被送回激光器进行注入锁定。

Illumtra的梳状激光器具备集成光源功能，特别适用于光学I/O解决方案和分布式计算与内存架构。

为了验证其效果，作者们进行了多种测试，采用了不同结构的定制纳米环形谐振器。他们将一个半导体激光二极管与集成了环形谐振器的光子芯片进行了对接。这一技术在C波段得以验证，但理论上在所有电信频段均能发挥同样的效能。实际应用的谐振器是建立在集成光子芯片上，该芯片采用硅包层技术，并嵌入氮化硅光子晶体环形谐振器。

Jost表示：“此次工作中使用的光子集成电路是在工业级生产线上制造的，因此这项技术已经具备了规模化生产的条件。”他进一步指出，“这种精确控制光散射的能力为更先进的设计开辟了全新的可能性，这将使我们能够根据实际需求定制梳状激光光谱，实现前所未有的灵活性。”

这种激光器可与多种光子集成电路完美结合使用，例如用于构建快速光学I/O单元或光学现场可编程门阵列。该技术将对数据密集型应用产生重大影响，如生成式人工智能领域，同时也将有力推动新型计算和内存架构的发展。