加州理工学院的研究人员和工程师实现了一项期待已久的壮举：他们已经将超快脉冲激光器小型化，以至于可以在芯片内部制造它。
脉冲极短的光源，在飞秒以下范围内他们获得今年的诺贝尔物理学奖并非偶然：超快激光对于解开自然界最快时间尺度的秘密是必不可少的，例如化学反应或光传播过程中分子键的产生或断裂。
锁模激光器的高速、峰值脉冲强度和广谱覆盖也使许多光子学技术成为可能，包括光学原子钟、生物成像和使用光来计算和处理数据的计算机——锁模激光器是那些发射超短脉冲的激光器，具有非常高的重复率。
不幸的是，最先进的超快脉冲激光器目前价格昂贵、耗能大，因此仅限于实验室使用。
因此，郭秋实和他的同事们将激光放置在芯片内，值得《科学》杂志的封面，这绝非巧合。
“我们的目标是通过将基于实验室的大型系统转变为可以在现场大规模生产和部署的芯片大小的系统，彻底改变超快光子学领域，”郭说。
在芯片内部制造有效的锁模激光器并不是一个简单的过程。Guo通过利用一种新兴材料，即铌酸锂薄膜来实现这一目标。这种材料可以通过施加外部射频电信号来非常有效地建模和精确控制激光脉冲。
该团队将III-V族半导体激光器的高增益和纳米级光子波导的高效脉冲整形能力相结合，构建了一种发射峰值功率为0.5瓦的原型激光器，这对于芯片上的激光器来说是很大的。但团队想要更多。
“我们不仅想让事情变得更小，而且还想确保这些超快芯片大小的激光器提供令人满意的性能。例如，我们需要足够的峰值脉冲强度，最好在1瓦以上，以创建有意义的芯片级系统，“郭说。
除了紧凑的尺寸外，锁模芯片激光器还表现出传统激光器无法企及的特性，对未来的应用具有深远的影响。例如，通过调整激光器的泵浦电流，郭能够在200 MHz的宽范围内精确调谐输出脉冲的重复频率。 这为构建发射稳定的频率梳铺平了道路，这对于精确检测至关重要。
“这一成就为使用手机诊断眼部疾病或分析食物和环境中的大肠杆菌和危险病毒等东西铺平了道路，”郭说。“它还可以制造未来芯片级原子钟，当GPS受到损害或不可用时，允许导航。
