世界首例超快锁模激光器问世，实现超短脉冲和高功率输出
“这项研究展示的超快锁模激光设计和工作原理新颖独特。在薄膜铌酸锂芯片上实现电泵浦超快激光将显著扩大该领域的潜力，并对光子学和其他领域具有非常重要的意义。”
这项被审稿人给予高度评价的研究，来自美国纽约市立大学和美国加州理工学院团队。他们展示了世界首例集成在薄膜铌酸锂光芯片上的具有高脉冲峰值功率的电泵浦锁模激光器。
在这项研究中，研究人员巧妙地融合了三五族半导体的高激光增益和薄膜铌酸锂优异的电光特性，通过混合集成的方式制造出片上锁模激光，实现了高功率超短脉冲激光输出。
值得关注的是，该激光器在 1065 纳米左右产生了重复频率为 10GHz，宽度为 4.8 皮秒的超短光脉冲，其脉冲能量大于 5 皮焦耳，峰值功率大于 0.5 瓦特。“截至目前，我们的激光输出脉冲能量和峰值功率，均为纳米光子学平台下锁模激光器的最高水平。”郭秋实表示。
凭借其高输出峰值功率和精确的频率控制能力，该锁模激光器有望构建出完全片上集成的超快非线性光学系统，从而实现频率完全锁定的光频梳、超连续谱光源和原子钟等。这将极大地推动光通信、医学成像、精准测量、计算等领域的发展。“从更长远来看，该片上锁模激光器或可在相干通信、精准计时、精准测量领域具有不可替代的应用。”郭秋实说。
以原子钟为例，如今在 5G 通信、信息处理、导航、金融交易、分布式云计算以及诸多国防应用等领域，都依赖精准计时或时间同步的功能。在导航方面，有时仅几十亿分之一秒的时间误差，便或许导致位置导航偏离一米甚至更多。相比于其他技术，原子钟能根据最高精确度的原子振荡实现精准计时。
但传统的锁模激光器和原子钟需要一系列复杂、大型、成本高昂的装置，无法便携应用。如果片上锁模激光和超快光学系统能够锁定在当频率锁定在原子振荡上，会改变很多领域的现有格局。他举例说道：“例如，在手机等便携平台的原子钟能够在无 GPS 的情况下，实现精准定位和导航，芯片级原子钟也可用作高速处理器芯片的精准时钟。”