超小型チップ上の超高速レーザー(Ultrafast Lasers on Ultra-Tiny Chips)

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2023-11-09 カリフォルニア工科大学(Caltech)

 

◆レーザーは日常で見られるだけでなく、通信や科学研究にも重要。特に、1ピコ秒以下の極めて短いパルスを出すレーザーは、分子の結合や電子の動きなど、素早い現象の研究に役立つ。カリフォルニア工科大学の研究では、フォトニックチップ上でこのようなレーザーを作る新たな方法を提案。
◆カリフォルニア工科大学のアリレザ・マランディ氏は、フォトニックチップ上でこの種のレーザー、モードロックレーザーを作る新しい方法を紹介しています。これにより、電気回路のように光ベースの回路に統合されるため、現代のエレクトロニクスに見られる集積回路のように、これらのレーザーをナノスケールコンポーネントを使って製造できるようになることが期待されます。

<関連情報>

ナノフォトニック・ニオブ酸リチウム中の超高速モードロックレーザー Ultrafast mode-locked laser in nanophotonic lithium niobate

Qiushi Guo,Benjamin K. Gutierrez,Ryoto Sekine,Robert M. Gray,James A. Williams ,Luis Ledezma,Luis Costa,Arkadev Roy,Selina Zhou,Mingchen Liu,and Alireza Marandi
Science  Published:9 Nov 2023
DOI:https://doi.org/10.1126/science.adj5438

Editor’s summary

Mode-locked lasers are an enabling technology in the ultrafast sciences, providing a platform to generate extremely short pulses of coherent light and precisely spaced frequency combs of light. These lasers are typically bulky, with components sitting on an optical bench. Guo et al. shrunk a mode-locked laser down to the size of an optical chip. Combing a III-V gain medium with a lithium-niobate phase modulator, they demonstrated the operation of a mode-locked laser with good performance metrics. The results show promise for developing photonic chip–based frequency combs for precision measurements and spectroscopy. —Ian S. Osborne

Abstract

Mode-locked lasers (MLLs) generate ultrashort pulses with peak powers substantially exceeding their average powers. However, integrated MLLs that drive ultrafast nanophotonic circuits have remained elusive because of their typically low peak powers, lack of controllability, and challenges when integrating with nanophotonic platforms. In this work, we demonstrate an electrically pumped actively MLL in nanophotonic lithium niobate based on its hybrid integration with a III-V semiconductor optical amplifier. Our MLL generates ∼4.8-ps optical pulses around 1065 nm at a repetition rate of ∼10 GHz, with energies exceeding 2.6 pJ and peak powers beyond 0.5 W. The repetition rate and the carrier-envelope offset frequency of the output can be controlled in a wide range by using the driving frequency and the pump current, providing a route for fully stabilized on-chip frequency combs.

0403電子応用
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