Lasers are essential tools for observing, detecting, and measuring things in the natural world that we can't see with the naked eye. But the ability to perform these tasks is often restricted by the need to use expensive and large instruments.
激光是观察、探测和测量地球上任何我们用激光看不到的东西的重要工具但执行这些任务的能力往往受到所需的昂贵和大型仪器的限制
在最近发表在《科学》杂志上的封面故事论文中，研究人员QiushiGuo展示了在纳米光电芯片上制造高性能超快激光器的一种有效方法他的工作中心是小型锁模激光器，这是一种超高速、相干光脉冲的激光束，其时间间隔惊人地达到了万亿分之一秒
超快模式锁定激光可用于解锁自然界中最快时间尺度的分泌，例如在化学反应中制造或破坏分子键，或在自然介质中进行轻度传播锁模激光的高速、脉冲峰值强度和宽光谱覆盖范围也使数字光电技术成为可能，包括光学时钟、生物食品和计算机，这些计算机可以用来计算和处理数据
不幸的是，最先进的锁定激光器目前价格昂贵，对桌面系统的电力需求有限，只能在实验室使用
“我们的目标是通过将基于实验室的大型系统转化为芯片大小的系统来发展超高速摄影技术领域，这些系统可以生产并部署在现场，”清华大学高级科学研究中心光子倡议和物理研究员郭说“我们不仅想做得更大，而且还想确保这些超快速芯片尺寸的激光器能提供令人满意的性能。例如，我们需要足够的脉冲峰值强度，最好是1Watt，来创建有意义的填充缩放系统。”
然而，实现有效的锁相激光器芯片并不是一个直接的过程郭的研究杠杆是一个新兴的材料平台，已知为铁铌酸锂（TFLN）这种材料通过应用外部射频电信号，实现了脉冲的高效成型和精确控制在这些实验中，郭的团队将II-V半导体的高激光增益和TFLN纳米级光电波导的有效脉冲转换能力相结合，展示了一种输出峰值功率为0的激光器5瓦特
在尺寸紧凑的情况下，演示的锁模激光器还显示出传统激光器无法达到的触发特性，为未来的应用提供了深入的简化例如，通过调整激光器的泵浦电流，郭可以在200MHz的很宽范围内接收到较小的输出频率通过利用记忆激光器的强大可重构性，有望实现芯片规模、频率稳定的复合源，这对精度检测至关重要
郭的团队将需要为便携式和手持设备提供额外的可存储、集成、超快的挑战性光电系统，但他的实验室已经克服了当前演示的主要障碍
郭说：“这一成果为未来使用手机诊断疾病、分析大肠杆菌和危险病毒等食物和环境铺平了道路。”“它还可以实现未来的芯片规模原子锁，这允许在GPS兼容或不可用时进行导航。”