集成薄膜鈮酸鋰(TFLN)光子學，已成為實現(xiàn)高性能芯片級光學系統(tǒng)的前景平臺。特別重要的是具有高線性度、低驅動電壓和低傳播損耗的TFLN電光調制器。長途電信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心光互連和微波光子系統(tǒng)依賴于使用光載波進行信息傳輸。用于這些應用的理想發(fā)射器應在大帶寬和小驅動幅度下工作，發(fā)射高光功率，插入損耗可忽略不計，并且具有成本效益。

　　最近，薄膜鈮酸鋰(TFLN)已成為能夠滿足幾乎所有這些要求的平臺。然而，完全集成的系統(tǒng)需要在TFLN芯片上集成高功率、低噪聲和窄線寬激光器，而這對可實現(xiàn)的性能、復雜性和成本提出了重大挑戰(zhàn)。

　　來自哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員與Freedom Photonics和HyperLight Corporation的行業(yè)合作伙伴合作，開發(fā)出第一款完全集成在鈮酸鋰芯片上的高功率激光器，高性能電信系統(tǒng)、完全集成的光譜儀、光學遙感和量子網(wǎng)絡的高效頻率轉換等應用，鋪平了道路。

　　“集成鈮酸鋰光子學是開發(fā)高性能芯片級光學系統(tǒng)的平臺，但事實證明，將激光應用于鈮酸鋰芯片存在很大的設計挑戰(zhàn)，”SEAS電氣工程和應用物理學教授Marko Loncar表示，“在這項研究中，我們使用了從集成鈮酸鋰光子學先前發(fā)展中學到的所有納米制造技巧和技術來克服這些挑戰(zhàn)，并實現(xiàn)在薄膜鈮酸鋰平臺上集成高功率激光器的目標。”

　　研究人員通過將能夠產(chǎn)生170mW-200mW光功率的分布式反饋(DFB)激光器與具有超過50 GHz的電光(EO)帶寬的TFLN集成調制器集成來應對這一挑戰(zhàn)。DFB激光器采用基于InP的高功率平臺，該平臺已展示了輸出功率（>300mW）并報告了低的相對強度噪聲（−160dB/Hz）。

　　DFB激光器設計可確保最小的自由載流子吸收、二極管兩端的較低電壓降和鏡面損耗。這反過來導致更長的腔長度，從而產(chǎn)生更高的功率、更低的線寬和減少空間燒孔。DFB設計用于倒裝芯片，通過添加支撐結構，在粘接過程中提供更好的機械穩(wěn)定性。僅使用被動對準和倒裝芯片熱壓鍵合，研究人員就將DFB激光器與預制TFLN芯片集成。

　　Loncar和他的團隊在他們的集成芯片中使用了小而強大的分布式反饋激光器。在芯片上，激光器位于蝕刻在鈮酸鋰中的小井或溝槽中，并在同一平臺上制造的波導中提供高達60mW的光功率。研究人員將激光與鈮酸鋰中的50GHz電光調制器相結合，構建了一個高功率發(fā)射器。

　　“集成高性能即插即用激光器將顯著降低未來通信系統(tǒng)的成本、復雜性和功耗，”SEAS研究生和該研究的第一作者Amirhassan Shams-Ansari說，“就像是搭積木，可以集成到更大的光學系統(tǒng)中，用于傳感、激光雷達和數(shù)據(jù)電信等一系列應用。”

　　通過使用工業(yè)工藝將薄膜鈮酸鋰器件與高功率激光器相結合，這項研究代表了朝著大規(guī)模、低成本和高性能發(fā)射器陣列和光網(wǎng)絡邁出的關鍵一步。接下來，該團隊的目標是提高激光器的功率和可擴展性，以適應更多應用。

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