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全新突破：超相干性微型激光器 | OE NEWS

光电汇OESHOW

2021-08-30

导读：可实现几乎无损耗的数据传输

随着信息技术的能源消耗的逐年增加，高数据速率和低能耗的光子学已经被确定为实现容量需求可持续增长的关键技术。其中降低激光器的功耗和尺寸便是其中一个重要的挑战，虽然目前已经在微米级和纳米级激光器（例如光子晶体激光器、金属激光器和等离子体激光器）方面取得了相当大的进展，但这种激光器的相干性（激光的相干性是衡量激光器发出激光的颜色纯度指标）仍然非常有限，这极大的限制了其在片上通信、可编程光子集成电路、生物/化学传感和量子/神经形态计算的应用。

为了进一步提高微型激光器的相干性，丹麦技术大学纳米光子中心的Yi Yu和Jesper Mørk等人基于Fano干涉的现象提出了一种超相干微型激光器，该激光器与之前微型激光器相比，其线宽减少了20倍左右，且相干性得到了大幅的提升，为微型激光器的众多应用铺平了道路，其具体研究内容已发表于《Nature Photonics》中。（https://doi.org/10.1038/s41566-021-00860-5）

在微观领域，提高微型激光器相干性的一种方法是减小激光器的线宽，目前已经通过在无源纳米腔中获得超高Q因子的方式减小线宽，但当将活性材料引入腔中以促进受激发射时，非辐射腔的损耗便会显著增加。而且，在过去十年中几乎没有报道过微型激光器的线宽有任何改进，其纳米腔激光器的最小线宽仍大于100 MHz。

为了解决这一问题，Yi Yu等人提出了Fano共振和连续束缚态（BIC）相结合的概念，这是线宽减小的核心，在整个谐振区域具有光学相位的强频率依赖性，这意味着在结构的离散低损耗区域中有较长的驻留时间，即提供了光子的存储，抵消了有源区域中自发发射量子噪声引起的相扩散。

Yi Yu对此还表示：“这一观察结果是令人惊讶的，因为连续介质中的束缚态远不如激光器中常用的状态稳定，但我们从实验和理论上都证明了这种新状态特性的可用性。”其实验结果表明，利用Fano共振和BIC的结合，可以将微型Fano激光器的线宽降低至5.8 MHz，且可以满足40 Gbits 相干通信的要求。

此外，这种激光器的概念还可用于实现集成传感器，经证明的线宽允许识别浓度为摩尔量级的蛋白质/DNA，这是使用其他纳米传感器难以实现的，未来还可用于集成光子电路的光源中，实现几乎无损耗的数据传输。

来源：https://phys.org/news/2021-08-physics-highest-coherence-microscopic-lasers.html