超快激光器缩至芯片尺寸，有望降低诊断和原子钟的成本
超快激光器发射的脉冲仅持续数百飞秒（千万亿分之一秒）。这些光脉冲驱动着从精密微加工到眼科手术，再到光学频率梳等众多应用——后者是当今最精准光学原子钟背后的诺贝尔奖获奖技术。然而尽管历经二十余年努力，超快激光器仍多为庞大昂贵的桌面系统，被束缚在光学平台上。如今，洛桑联邦理工学院（EPFL）Tobias J. Kippenberg教授带领的团队已将其集成到光子芯片上。在《自然》杂志发表的论文中，研究人员报告了首个可与台式飞秒激光器媲美的集成超快激光器，能在短至147飞秒的脉冲中输出1.05纳焦能量。 'yOx&~H]
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该芯片放置在1瑞士法郎硬币上以示比例，展示了激光结构如何被缩小到毫米级比例。 p& XuNk
光子芯片通过晶圆上刻蚀的微观通道（即波导）引导和处理光线，原理类似电子微芯片引导电流。光子芯片已广泛应用于电信领域，将以往需要庞大系统的复杂功能微型化。 W:f )#'
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Kippenberg表示："二十多年来，片上高脉冲能量飞秒激光器一直被视为集成光子学的'圣杯'。我们的成果表明这不仅可能实现，而且能通过集成光子学界长期忽视的惊人简洁架构达成。" \ Ho VS
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EPFL基于芯片的超快激光器在实验室测试装置中运行。 9@ h-q(-
被忽视的设计 }+NlY D:qF
EPFL团队采用了一种长期被忽视的激光器设计——马梅舍夫振荡器。在激光腔中，一段非线性波导置于两个光学滤波器之间，每个滤波器允许光谱中不同频段的光通过。强脉冲通过波导时会展宽为更宽的光谱，使其部分能量能穿透两个滤波器并持续循环；弱光则因展宽不足而被滤除。 !k 'E
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论文共同第一作者Zheru Qiu解释道："这种设计尤其具有吸引力，因为它无需任何在掺铒氮化硅芯片上难以制造的组件。" 0 n{+ _
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Qiu指出另一优势在于马梅舍夫振荡器非常适合光子芯片中光的强约束环境。当光被压缩至微小波导时会产生强烈自相互作用，传统设计中这种过度的非线性效应会破坏脉冲稳定性，但马梅舍夫架构对该问题具有更强的耐受性。 J=t}N+:F`b
微型激光器的广泛影响 k fOd|-
在芯片上，42厘米长的激光腔可折叠成火柴头大小的空间，远小于基于光纤的激光器。由于这些光子芯片可像计算机芯片一样在晶圆级规模制造，一次能生产逾千个激光腔，为传感、光谱学和计量学领域大幅降低超快激光器成本开辟了道路。 [A uA<
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Qiu表示："凭借千瓦级峰值功率，这款芯片可驱动那些长期依赖大型昂贵实验室激光器的严苛应用。" tPJU,e)
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该成果有望催生便携且经济实惠的工具，用于污染物检测、隐藏缺陷揭示和医疗诊断，同时为未来通信与导航领域的紧凑型光学原子钟开辟道路。 ^7kYG7/
相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41586-026-10517-4
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