一种环形可调谐半导体激光器

哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）和维也纳技术大学的科学家共同发明了一种新型可调谐半导体激光器。该设计融合了当今最先进激光产品的优势，在芯片级尺寸的简易结构中实现了平滑、可靠、大范围波长调谐。

可调谐激光器（即输出波长可调节控制的激光器）是高速通信、医疗诊断、输气管道安检等众多技术的关键设备。但现有激光技术存在诸多局限性：宽波段激光器会牺牲单色精准度；而精准多色激光器因需移动部件导致结构复杂、成本高昂。

哈佛团队的新装置未来有望以更小体积、更低成本取代多种现有可调谐激光器。

这项发表于《光学》期刊的研究由SEAS学院o应用物理学教授、电子工程高级研究员Federico Capasso，与维也纳技术大学本Benedikt Schwarz教授共同主导。Capasso团队与施瓦茨教授保持着长期科研合作。

团队选择中红外波段进行首轮验证，因其架构基础——量子级联激光器通常工作于此波段。1994年参与发明量子级联激光器的Capasso指出："该平台的通用性意味着可在商业化相关波段（如通信、医疗诊断或可见光谱）制造同类激光器。"

新型激光器由多个尺寸各异的微型环形激光器通过同一波导相连。每个环形结构发射不同波长，通过调节电流输入即可实现波长平滑切换。精巧的紧凑设计确保激光器每次仅发射单一波长，在恶劣环境下仍保持稳定，且易于扩展。环形单元既可单独运作，亦可协同增强光束强度。

共同第一作者、哈佛Capasso实验室研究员Theodore Letsou（MIT在读博士）解释道："通过调整环形尺寸，我们能精准锁定任意目标谱线和激射频率。所有激光器产生的光线经同一波导耦合形成单一光束，显著拓展了半导体激光器的调谐范围，并能利用不同环半径精准定位波长。"

维也纳技术大学团队利用本校微纳结构中心的无尘室制备了该装置。共同第一作者Johannes Fuchsberger表示："我们的激光器制造工艺简单，无机械移动部件，小尺寸设计易于加工。"

该架构还能规避光反馈（部分激光反射回光源导致失稳）等常见问题。由于新型环形激光器仅按顺时针或逆时针单向发射，彻底杜绝了反向反射。

这种环形激光器有望取代现有各类可调谐半导体激光技术。例如：分布式反馈激光器虽能产生平滑精准光束（用于光纤长途光信号传输），但调谐范围狭窄；外腔激光器调谐范围较宽，却因含移动部件导致结构复杂、谱线跳跃（常用于检测甲烷/二氧化碳等特定波长吸光气体的管道泄漏传感器）。

论文合著者包括Dmitry Kazakov和Rolf Szedlak。研究团队已协同哈佛技术发展办公室与维也纳技术大学专利许可管理部门完成相关知识产权保护，致力于推动未来商业化进程。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1364/OPTICA.559884