利用時(shí)間透鏡開發(fā)出一種高性能片上飛秒脈沖源

飛秒脈沖激光器以持續(xù)時(shí)間十億分之一秒的超快速度發(fā)射光，它是一種應(yīng)用范圍涵蓋了醫(yī)學(xué)和制造業(yè)、傳感和時(shí)空的精確測(cè)量等行業(yè)的強(qiáng)大工具。如今，這些激光器通常是昂貴的桌面系統(tǒng)，這限制了它們?cè)谟谐叽绾凸�耗限制的�?yīng)用程序中的使用。

片上飛秒脈沖源將開啟量子、光計(jì)算、天文學(xué)、光通信等領(lǐng)域的新應(yīng)用。然而，集成可調(diào)諧和高效的脈沖激光器到芯片上一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在，來自哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員利用時(shí)間透鏡，開發(fā)了一種高性能的片上飛秒脈沖源。

該研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。

時(shí)間透鏡將連續(xù)波單色激光束轉(zhuǎn)換為高性能片上飛秒脈沖源。

海洋工程學(xué)院電氣工程Marko Loncar教授說：“脈沖激光器產(chǎn)生高強(qiáng)度的短脈沖，包含多種顏色的寬束光。為了使這些激光光源更加實(shí)用，我們決定利用我們開發(fā)出來的最先進(jìn)集成光子學(xué)平臺(tái)，并借助最新方法用來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)和大寬束的飛秒源。重要的是，我們的芯片采用了類似于計(jì)算機(jī)芯片的微加工技術(shù)，這不僅確保了成本和尺寸的降低，還提高了飛秒源的性能和可靠性。”

傳統(tǒng)的鏡片，如隱形眼鏡或放大鏡和顯微鏡中的鏡片，通過改變相位來彎曲來自不同方向的光線，使它們到達(dá)空間中的同一位置——焦點(diǎn)。

另一方面。時(shí)間透鏡則以類似的方式“彎曲”光束，但它們?cè)跁r(shí)間而不是空間上改變光束的相位。通過這種方式，以不同速度傳播的不同顏色的光被重新計(jì)時(shí)，這些光會(huì)同時(shí)到達(dá)聚焦平面。

為了產(chǎn)生飛秒脈沖，該團(tuán)隊(duì)的設(shè)備使用了一系列的光波導(dǎo)、耦合器、調(diào)制器和光學(xué)光柵，該平臺(tái)由Marko Loncar的實(shí)驗(yàn)室率先開發(fā)出來。

在這個(gè)過程中，該團(tuán)隊(duì)首先讓連續(xù)的單色激光束通過一個(gè)振幅調(diào)制器，該調(diào)制器控制通過時(shí)間透鏡的光量，這一功能類似于傳統(tǒng)透鏡的光圈。然后光通過透鏡的“彎曲”部分傳播，在這種情況下，這是一個(gè)相位調(diào)制器，在那里產(chǎn)生了不同顏色的頻率梳�；氐狡�車的類比，相位調(diào)制器在不同的啟動(dòng)時(shí)間創(chuàng)建和釋放不同顏色的汽車。

由于該設(shè)備控制不同波長(zhǎng)的傳播速度以及它們到達(dá)焦平面的時(shí)間，它能夠有效地將連續(xù)的單色激光束轉(zhuǎn)換為寬帶高強(qiáng)度脈沖源，并可以產(chǎn)生520飛秒的超快脈沖。

該設(shè)備高度可調(diào)，集成到一個(gè)2×4mm的芯片上。由于鈮酸鋰的光電特性，它需要比桌面產(chǎn)品顯著更低的功率。

當(dāng)設(shè)備變得更小、更集成時(shí)，就能夠獲得更好的性能。未來，人們或許可以在口袋里攜帶飛秒脈沖激光器來檢測(cè)水果的新鮮程度，或者實(shí)時(shí)跟蹤個(gè)人的健康狀況，或者在車內(nèi)進(jìn)行距離測(cè)量。

接下來，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是探索激光本身和時(shí)間透鏡技術(shù)的一些應(yīng)用，包括透鏡系統(tǒng)（如望遠(yuǎn)鏡）以及超快信號(hào)處理和量子網(wǎng)絡(luò)。

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