這種全新片上光源可將紅外波變為多種課件波長

　　研究人員設計了一種新的芯片集成光源，可以將紅外波長轉換為可見波長，而使用基于硅芯片的技術很難生產這種波長。 這種靈活的片上光產生方法有望實現高度小型化的光子儀器，該儀器易于制造且堅固耐用，可以在實驗室外使用。美國國家標準與技術研究院（NIST），馬里蘭大學和科羅拉多大學的研究人員在光學協會（OSA）進行高影響力研究的期刊中描述了他們的新型光學參量振蕩器（OPO）光源，并證明了這一點： 它可以產生與輸入光完全不同的顏色或波長的輸出光。 除了產生可見波長的光以外，OPO還同時產生可用于電信應用的近紅外波長。

高效的光學參數振蕩發生在硅芯片上的微環（中心淡藍色環）中，因此耦合到該環中的紅外激光（900納米波長，以綠色表示）被轉換為可見光（700 -納米波長，以紅色表示）和電信（1300納米波長，以藍色表示）。圖片來源：NIST /馬里蘭大學的陸希元，受到“奧運五環”的啟發。

　　開發非線性過程

　　盡管材料對光的響應通常呈線性比例變化，但是材料特性可以響應高功率的光而更快地改變，這會產生各種非線性效應。 OPO是一種使用非線性光學效應來創建非常寬范圍輸出波長的激光器。研究人員想弄清楚如何獲取緊湊型芯片激光器容易獲得波長的激光發射，并將其與非線性納米光子學相結合，以產生硅光子學平臺難以達到的波長激光。“非線性光學技術已經被用作世界上最好的原子鐘和許多實驗室光譜系統中激光器不可或缺的組件，”該論文的第一作者，美國馬里蘭州立大學NIST-University博士后學者路西元說。“能夠訪問集成光子內部不同類型的非線性光學功能（包括OPO），對于將當前基于實驗室技術轉換為可移植并可以在現場部署的平臺而言至關重要。”

　　在這項新工作中，研究人員設計了一種基于氮化硅微環的OPO。該光學組件由大約1毫瓦的紅外激光功率供電-大約與激光筆中的功率相同。隨著光在微環周圍傳播，它的光強度會增加，直到強度足以在氮化硅中產生非線性光學響應為止。這可以實現頻率轉換，這是一種非線性過程，可用于產生與進入系統的光波長或頻率不同的輸出波長或頻率。陸說：“納米光子工程學的最新進展使這種頻率轉換方法非常有效。” “我們工作的關鍵進展是弄清楚如何促進特定的非線性相互作用，同時抑制該系統中可能出現的潛在競爭非線性過程。”

　　測試光源

　　研究人員使用詳細的電磁仿真設計了新的片上光源。然后，他們制造了該設備，并使用該設備將900納米的輸入光轉換為700納米波長（可見）和1300納米波長（電信）波段。 OPO使用不到2％的泵浦激光功率完成了此任務，而以前報道的微型諧振器OPO所需要的泵浦激光功率不到2％，而OPO是為產生廣泛分離的輸出顏色而開發的。在以前的情況下，生成的兩種顏色都是在紅外線中。通過對微環尺寸進行一些簡單的更改，OPO還產生了780 nm可見光波段和1500 nm電信波段中的光。

　　研究人員說，新的OPO可以通過將廉價的商用近紅外二極管激光器與OPO芯片相結合來構成一個完整的系統，該OPO芯片還集成了濾光片、檢測器和光譜學部分等組件。他們正在繼續尋找增加OPO產生輸出功率的方法。Srinivasan表示：“這項工作表明非線性納米光子技術已經達到成熟水平，我們可以創建一種設計來連接廣泛分離的波長，然后實現足夠的制造控制，以實現該設計以及預期的性能。” “展望未來，應該可以使用少量緊湊型芯片激光器與靈活而通用的非線性納米光子技術相結合，產生各種所需的波長。”