Схема нового типа гибридной интегрированной лазерной структуры, у которой есть «потенциал изменить ландшафт интегрированной фотоники». Предоставлено: рисунок Минсяо Ли.

Проект, описанный в Nature Communications, возглавляли Джон Бауэрс, выдающийся профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, и Керри Вахала, профессор Калифорнийского технологического института. Линь Чжу, профессор Университета Клемсона, также участвовал в проекте.

Эта технология «может изменить ландшафт интегрированной фотоники», пишут соавторы Мингсяо Ли, бывший доктор философии, студент Лаборатории нанофотоники Линя в Рочестерской школе инженерии и прикладных наук им. Хаджима, и Лин Чанг, бывший аспирант Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Это проложит путь к новым применениям интегрированных полупроводниковых лазеров в дистанционном зондировании LiDAR (Light Detection and Ranging), которое используется, например, в беспилотных автомобилях. Эта технология также может привести к достижениям в области микроволновой фотоники, атомной физики и AR/VR.

«Полностью встроенное лазерное решение»

Интегрированные полупроводниковые лазеры лежат в основе интегрированной фотоники, позволив за последние несколько десятилетий добиться многих успехов в информационных технологиях и фундаментальной науке.

«Однако, несмотря на эти впечатляющие достижения, в современных интегрированных лазерах отсутствуют ключевые функции, — говорит Ли. «Две основные проблемы, отсутствие возможности быстрой реконфигурации и узкое спектральное окно, стали главными узкими местами, тормозящими развитие многих развивающихся приложений», — добавляет Чанг.

Исследователи говорят, что они преодолели эти проблемы, создав новый тип интегрированного полупроводникового лазера, основанный на эффекте Поккельса. Лазер интегрирован с платформой из ниобата лития на изоляторе.

Новая технология включает в себя следующие полезные функции:

• Быстрое частотное щебетание, которое будет иметь неоценимое значение в сенсорных системах LiDAR, которые измеряют расстояние, записывая время между испусканием короткого импульса и приемом отраженного света.
• Возможности преобразования частоты, которые преодолевают ограничения спектральной полосы традиционных интегрированных полупроводниковых лазеров. Это «значительно облегчит» трудности разработки лазеров на новых длинах волн.
• Узкая длина волны и быстрая реконфигурация обеспечивают «полностью встроенное лазерное решение» для исследования и манипулирования атомами и ионами в атомной физике, а также для AR/VR и других приложений на коротких волнах.