更鋒利更聰明  突破性的微型光纖雷射器

編譯／高晟鈞

1960年，美國加州休斯實驗室宣布首次製造雷射成功，可以說是人類第一次是驗光學雷射。如今雷射已然成為現代應用的重要技術，包括先進手術、精密的工業切割、焊接以及透過光纖傳輸數據。

現在，來自洛桑聯邦理工學院的Yang Liu博士和Tobias Kippenberg教授領導的科學家團隊，成功製造出有史以來第一個晶片集成的摻鉺波導雷射，其性能接近基於光纖的雷射器。

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鉺基光纖雷射

市場對雷射應用需求的不斷增長，尤其是晶片級的小型化光纖雷射。光纖雷射是使用摻雜稀土元素（鉺、鐿、釹等）的光纖作為其增益介質（產生雷射的部分, 英文為Gain material）的固體雷射，具有高功率輸出，可以發射高品質的光束，耐用且容易維護。相比氣體雷射，光纖雷射更直線、更小因此更為精確。

鉺基光纖雷射作為其中的佼佼者，展現出了不凡的性能，可以滿足維持雷射高相干性與穩定性的所有要求。然而，鉺基光纖雷射小型化後的性能卻不盡人意。

建構晶片級雷射

研究人員採用最先進的製程開發了晶片級鉺基雷射。他們首先建造了一個長一公尺、基於超低損耗氮化矽光子積體電路的片上光學腔（一組提供光學回饋的鏡子）。然後團隊在電路中植入了高濃度鉺離子，選擇性地產生雷射發射所需的主動增益介質，最後將電路與III-V 族半導體泵浦雷射集成，以激發鉺離子，使其能夠發光並產生雷射光束。

為了提高雷射的性能並實現精確的波長控制，研究人員設計了一種創新的腔內設計，採用一微環光學濾波器，可以篩選特定光頻率。這些濾波器允許在較寬的範圍內動態調諧雷射波長，使其具有多種用途並可用於各種應用。

精準穩定低雜訊

此晶片級鉺光纖雷射的輸出功率超過10 mW，邊模抑制比大於70 dB，性能優於許多傳統系統。它還具有非常窄的線寬，這意味著它發出的光非常純淨和穩定，這對於感測、陀螺儀、雷射雷達和光頻率計量等相干應用非常重要。

將鉺光纖雷射小型化並整合到晶片級設備中可以降低其總體成本，使其可用於電信、醫療診斷和消費性電子領域的便攜式與高度整合系統。它還可以縮小各種其他應用中的光學技術，例如光達、微波光子學、光頻率合成和自由空間通訊。

「這種新型摻鉺整合雷射的應用領域幾乎是無限的。」劉博士自信地說道。

資料來源:ScitechDaily

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