基于纳米光子铌酸锂的芯片级超快锁模激光器。图片来源：阿里雷扎·马兰迪
据《科学》杂志新发表的一篇封面文章介绍，美国纽约市立大学研究人员展示了一种在纳米光子芯片上创建高性能超快激光器的新方法。这种小型化锁模激光器，能以飞秒（万亿分之一秒）间隔发射一系列超短相干光脉冲。
超快锁模激光器可有助解开自然界最快时间尺度的秘密，例如化学反应过程中分子键的形成或断裂，或者湍流介质中的光传播。锁模激光器的高速、脉冲峰值强度和广谱覆盖范围也使得许多光子技术成为可能，包括光学原子钟、生物成像以及利用光计算和处理数据的计算机。
但目前最先进的锁模激光器仍然属于极为昂贵的、功率要求高的桌面系统，仅限于实验室使用。新研究的目标就是将其转变为可批量生产和现场部署的芯片大小的系统。
此次研究人员利用了一种薄膜铌酸锂（TFLN）新兴材料平台，对其施加外部射频电信号就可有效地整形和精确控制激光脉冲。团队将III-V族半导体的高激光增益和TFLN纳米级光子波导的高效脉冲整形能力结合起来，研制出一种发射0.5瓦高输出峰值功率的激光器。
除了像指尖般大小的紧凑尺寸之外，新展示的锁模激光器还表现出许多传统激光器无法达到的特性，例如只要调节泵浦电流，其就能在200兆赫兹的宽范围内精确调谐输出脉冲的重复频率。团队希望通过激光器的强大可重构性，实现芯片级、频率稳定的梳状源，这对于精密传感至关重要。
这一成果的实用性包括可使用手机诊断眼部疾病，或分析食物和环境中的大肠杆菌以及危险病毒，并可在GPS受损或不可用时实现导航。