Opto-Electronic Advances
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华东师范大学程亚教授团队与南京大学谢臻达教授提出并演示了一种基于薄膜铌酸锂外腔的混合集成C波段高精度可调谐半导体激光器，通过一种独特的可调Sagnac反射镜的外腔结构设计，巧妙解决了宽调谐范围与高调谐精度难以兼顾的难题。
文章 | Zhu YR, Fu BT, Fang ZW et al. A hybrid integrated high-precision tunable semiconductor laser. Opto-Electron Adv 9, 250274 (2026).
第一作者：祝怡然
通信作者：程亚，谢臻达
研究背景
可调谐激光器是一种能够精确、快速改变输出波长，同时保持极高光谱纯度的关键光源。这种激光器是高速相干光通信、高精度激光传感、精密光谱学及量子技术等前沿领域的核心器件。当前常用的可调谐窄线宽激光器普遍存在系统体积大、封装复杂、成本高以及电光调谐速率有限等问题，难以适应现代光电子系统对小型化、集成化与高性能的迫切需求。
近年来，光子集成电路技术的迅猛发展为解决上述瓶颈提供了全新路径。通过将光学功能元件以波导形式集成在芯片上，并与半导体增益芯片混合集成，可构建出紧凑、低功耗且稳定的片上激光器。其中，薄膜铌酸锂作为一种新兴的集成光子平台，因其优异的电光特性（超高电光系数、宽透明窗口）、低光学损耗以及与CMOS工艺兼容的加工潜力，备受学术界和产业界关注。它为实现高速、宽谱电光调谐的片上激光器提供了理想的材料基础。然而，目前在该平台上实现的可调谐激光器，往往存在着调谐范围与精度难以兼顾的缺陷。因此，拓宽该类激光器的波长调谐范围与调谐精度，成为推动薄膜铌酸锂集成激光器走向实用化的关键研究方向。
本文亮点
近期，华东师范大学程亚教授团队与南京大学谢臻达教授提出并演示了一种基于薄膜铌酸锂外腔的混合集成C波段高精度可调谐半导体激光器，通过一种独特的可调Sagnac反射镜的外腔结构设计，巧妙解决了宽调谐范围与高调谐精度难以兼顾的难题。该工作以“A hybrid integrated high-precision tunable semiconductor laser”为题发表在Opto-Electronic Advances 2026年第2期。
这项研究的核心创新在于精心构建了反射率可调的萨格纳克环反射镜的新型外腔结构。该结构将萨格纳克环反射镜与多组不等臂干涉仪相结合，萨格纳克环反射镜提供了宽带的反射背景；不同臂长差的不等臂干涉仪则产生了周期各异的光谱调制，它们的叠加实现了宽光谱范围内的窄带滤波。该激光器由一个C波段反射式半导体光放大器(RSOA)和一个薄膜铌酸锂外腔芯片直接拼构成，如图1所示。其中，RSOA提供电泵浦增益并作为一端高反射镜；铌酸锂外腔芯片作为另一端可调谐反射镜，提供波长选择性的反馈。通过调节外腔的反射谱，从而实现对出射激光波长的大范围调谐，同时保持窄线宽特性。
图1 混合集成半导体可调谐激光器设计方案
基于这一创新设计和薄膜铌酸锂优异的电光特性，团队成功研制出的激光器表现出一系列卓越性能，如图2所示：其激光波长中心波长为1551.3 nm，调谐范围达到约51.8 nm；调谐精度最高可达0.03 nm；同时能保持约1.21 MHz线宽，以及超过39 dB的边模抑制。此外，激光器还能实现约3.5 pm的连续无跳模调谐。
图2 激光器输出性能
此外，研究人员还细致优化了半导体激光器的模式竞争理论，将其与光学微腔的品质因子(Q值)直接联系起来。他们从理论上阐明，在片上激光器这类模式数量较少的小型化腔体中，并不需要传统激光器中那种极高精细度的锐利滤波器来强行筛选模式。相反，利用具有平缓光谱过渡的滤波制造足够的模式间阈值差异，即可依靠半导体增益介质自身的“增益钳制”效应，自然激发单模激射。这一理论为片上可调谐激光器的设计提供了新的思路和理论工具。
此项研究的完成，离不开课题组全体成员的辛勤付出与智慧贡献。特别感谢团队成员在器件制备、实验测试、数据处理与理论分析等各个环节的紧密协作与全力支持。
研究团队简介
程亚，华东师范大学教授、博士生导师。美国光学学会会士、英国物理学会会士等。主要从事超快激光与材料相互作用机理与微纳加工技术研究，获中国发明专利授权20余项，美国专利授权8项；发表SCI论文200余篇，应邀在国际学术会议上作邀请报告150余次。
谢臻达，南京大学电子科学与工程学院教授、博士生导师、曾获“千人计划”青年项目和江苏省双创人才项目支持。研究方向：非线性光学、量子光学和无人机光信息网络，共发表包含National Science Review、Nature Photonics、Physical Review Letters、Light：Science & Applications 在内的SCI论文100余篇。无人机纠缠光子分发的成果入选2021年中国光学领域十大社会影响力事件(light10)，获得江苏省青年科技奖“江苏省十大青年科技之星”和教育部高等学校研究优秀成果奖自然科学一等奖，并作为主要完成人先后三次获日内瓦国际发明展金奖。
祝怡然，华东师范大学精密光谱科学与技术高等研究院博士研究生，导师为程亚教授，主要研究方向为薄膜铌酸锂高品质光学微腔及片上激光器。
