芯片上完全集成的超連續(xù)譜源對于實現(xiàn)便攜式和機械穩(wěn)定的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、化學(xué)傳感以及光檢測和測距等應(yīng)用至關(guān)重要。然而,當(dāng)前超連續(xù)譜生成方案的低效率阻礙了芯片上的完全集成。
據(jù)《激光制造網(wǎng)》了解,近日,一組來自荷蘭特溫特大學(xué)的研究人員在《高級光子學(xué)研究》刊物上發(fā)表論文稱,“a breakthrough in ultraefficient on-chip supercontinuum generation(超高效芯片上超連續(xù)譜生成的突破)”。
圖為論文作者。Superlight Photonics創(chuàng)始人Haider Zia和首席執(zhí)行官Jaap Beernink。
通常,激光器發(fā)出的光是相干的——它們發(fā)出的波在頻率和波形上是相同的。相干光可以以非常低的噪聲將窄光束發(fā)送至極遠的距離。但這也意味著這種激光器通常只發(fā)射單一波長。這限制了它們的應(yīng)用。相比之下,超連續(xù)光譜激光器能夠產(chǎn)生連續(xù)的光譜,因此可以呈現(xiàn)白色。
它們用于3D成像設(shè)備。然而,事實證明,為了產(chǎn)生如此寬的顏色帶寬,超連續(xù)光譜激光器具有高峰值功耗(脈沖能量),而且非常巨大,必須在實驗室中穩(wěn)定。這使它們變得昂貴,且沒有用武之地。
對此,特溫特研究人員設(shè)法顯著減少了所需的脈沖能量。為此,該團隊使用了所謂的符號交替色散波導(dǎo)。波導(dǎo)被設(shè)計成通過交替加寬和變窄光束來控制光的色散。
荷蘭特溫特大學(xué)的研究團隊提出了一種方案,其中集成超連續(xù)譜生成的輸入能量需求大幅降低了幾個數(shù)量級,帶寬生成的數(shù)量級為500–1000nm。通過在CMOS兼容的氮化硅波導(dǎo)中的符號交替色散,效率提高了2800倍。
“研究表明,在高光譜功率(例如:1/e level)下產(chǎn)生大帶寬超連續(xù)譜所需的脈沖能量從納米焦耳降低到6皮焦耳。脈沖能量的降低使芯片集成激光源(如異質(zhì)鎖?;蚧旌霞啥O管激光器)可以用作泵浦源,從而實現(xiàn)完全集成的芯片上高帶寬超連續(xù)譜源。”
用于超連續(xù)譜產(chǎn)生的符號交替色散SiN波導(dǎo)。a) 集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2的圖示。較暗的區(qū)域表示氮化硅芯,而較亮的區(qū)域?qū)?yīng)于氧化硅包層。顯示了兩個結(jié)構(gòu)的總長度,還顯示了ND和AD段的數(shù)量。通過所示電場分布的定性動力學(xué)來顯示非線性脈沖傳播。線段的長度和寬度未按比例顯示。b)計算s偏振模式色散分布與1350 nm寬度的AD段(以紅色顯示)和650 nm寬度的ND段的波長(以藍色顯示)。還示出了波導(dǎo)的相關(guān)非線性系數(shù)。陰影區(qū)域是色散符號反轉(zhuǎn)的波長范圍。c) p偏振的色散分布,類似于圖(b)。d) 實驗設(shè)置圖示。用傳輸超短脈沖的光纖激光器作為光源。PBS指偏振分束器,DM指介質(zhì)鏡(1550?nm),SM表示寬帶銀鏡,MM表示多模光纖。光學(xué)光譜分析儀(OSA)是指近紅外或可見光光譜分析儀(Ocean View NirQuest256和Ando AQ6315A光譜分析儀)。
論文第一作者Haider Zia評論道:“與傳統(tǒng)方法相比,使用這種方法,我們可以將所需的脈沖能量減少大約1000倍?!薄?/p>
該團隊發(fā)表在《高級光子學(xué)研究》的論文中稱,這代表著“集成光子學(xué)領(lǐng)域的一個重大進步,我們的方法為在芯片上產(chǎn)生超連續(xù)譜光提供了一種更有效的方案,在便攜式醫(yī)療成像設(shè)備、化學(xué)傳感和激光雷達方面具有許多潛在的應(yīng)用?!?/p>
轉(zhuǎn)載請注明出處。