近日，羅切斯特大學(xué)和加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的研究人員開發(fā)出一種比硬幣還小的激光裝置。研究團(tuán)隊認(rèn)為，該裝置可應(yīng)用于從自動駕駛汽車的激光雷達(dá)系統(tǒng)到引力波探測（現(xiàn)存最精密的宇宙觀測實(shí)驗(yàn)之一）等眾多領(lǐng)域。

業(yè)界認(rèn)為，基于激光的測量技術(shù)可用于研究物體和材料的物理特性。但當(dāng)前的光學(xué)計量需要龐大且昂貴的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)精細(xì)的激光波控制，這成為部署高效、經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)的瓶頸。

聯(lián)合研發(fā)的芯片級激光器，能夠以極高速率在寬光譜范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)光頻，從而實(shí)現(xiàn)超快且精密的測量

新型芯片級激光器能夠以極快的速率（約每秒100億億次）在廣譜范圍內(nèi)精確改變其顏色，從而實(shí)現(xiàn)超高速、高精度的測量。與傳統(tǒng)硅光子技術(shù)不同，該激光器采用合成材料鈮酸鋰制成，并利用普克爾斯效應(yīng)（當(dāng)存在電場時改變材料的折射率）。

羅切斯特大學(xué)博士生Shixin Xue表示：“我們的設(shè)計已瞄準(zhǔn)了多個可立即受益的應(yīng)用領(lǐng)域。首先是激光雷達(dá)，它已用于自動駕駛汽車，但更先進(jìn)的形式——調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)（FMCW lidar）需要激光頻率具備大調(diào)諧范圍和快速調(diào)諧能力，而這正是我們的激光器所能實(shí)現(xiàn)的。”

研究人員通過實(shí)驗(yàn)展示了如何利用該激光器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)圓盤上的激光雷達(dá)系統(tǒng)，并識別出由樂高積木拼成的字母“U”和“R”。他們表示，這一微型演示可擴(kuò)展至高速公路速度和距離下對車輛及障礙物的探測。

研究團(tuán)隊還演示了該芯片級激光器如何用于Pound-Drever-Hall（PDH）激光頻率鎖定技術(shù)——一種用于壓縮、穩(wěn)定和降低激光噪聲的常見方法。

“這是一個非常重要的過程，可用于光學(xué)時鐘（以極高精度測量時間），但傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需要大量設(shè)備，”Shixin Xue指出，典型配置可能需要臺式電腦大小的儀器，如內(nèi)置激光器、隔離器、聲光調(diào)制器和相位調(diào)制器等。“而我們的激光器能將所有功能集成到一塊可通過電調(diào)諧的微型芯片上。”

該研究部分由美國國防高級研究計劃局（DARPA）的“通用微尺度光學(xué)系統(tǒng)激光器”（LUMOS）項目和美國國家科學(xué)基金會資助。