芯片上完全集成的超連續譜源對于實現便攜式和機械穩定的醫學成像設備、化學傳感以及光檢測和測距等應用至關重要。然而，當前超連續譜生成方案的低效率阻礙了芯片上的完全集成。
據《激光制造網》了解，近日，一組來自荷蘭特溫特大學的研究人員在《高級光子學研究》刊物上發表論文稱，“a breakthrough in ultraefficient on-chip supercontinuum generation（超高效芯片上超連續譜生成的突破）”。
圖為論文作者。Superlight Photonics創始人Haider Zia和首席執行官Jaap Beernink。
通常，激光器發出的光是相干的——它們發出的波在頻率和波形上是相同的。相干光可以以非常低的噪聲將窄光束發送至極遠的距離。但這也意味著這種激光器通常只發射單一波長。這限制了它們的應用。相比之下，超連續光譜激光器能夠產生連續的光譜，因此可以呈現白色。
它們用于3D成像設備。然而，事實證明，為了產生如此寬的顏色帶寬，超連續光譜激光器具有高峰值功耗（脈沖能量），而且非常巨大，必須在實驗室中穩定。這使它們變得昂貴，且沒有用武之地。
對此，特溫特研究人員設法顯著減少了所需的脈沖能量。為此，該團隊使用了所謂的符號交替色散波導。波導被設計成通過交替加寬和變窄光束來控制光的色散。
荷蘭特溫特大學的研究團隊提出了一種方案，其中集成超連續譜生成的輸入能量需求大幅降低了幾個數量級，帶寬生成的數量級為500–1000nm。通過在CMOS兼容的氮化硅波導中的符號交替色散，效率提高了2800倍。
“研究表明，在高光譜功率（例如：1/e level）下產生大帶寬超連續譜所需的脈沖能量從納米焦耳降低到6皮焦耳。脈沖能量的降低使芯片集成激光源（如異質鎖模或混合集成二極管激光器）可以用作泵浦源，從而實現完全集成的芯片上高帶寬超連續譜源。”
用于超連續譜產生的符號交替色散SiN波導。a） 集成波導結構1和結構2的圖示。較暗的區域表示氮化硅芯，而較亮的區域對應于氧化硅包層。顯示了兩個結構的總長度，還顯示了ND和AD段的數量。通過所示電場分布的定性動力學來顯示非線性脈沖傳播。線段的長度和寬度未按比例顯示。b）計算s偏振模式色散分布與1350 nm寬度的AD段（以紅色顯示）和650 nm寬度的ND段的波長（以藍色顯示）。還示出了波導的相關非線性系數。陰影區域是色散符號反轉的波長范圍。c） p偏振的色散分布，類似于圖（b）。d） 實驗設置圖示。用傳輸超短脈沖的光纖激光器作為光源。PBS指偏振分束器，DM指介質鏡（1550?nm），SM表示寬帶銀鏡，MM表示多模光纖。光學光譜分析儀（OSA）是指近紅外或可見光光譜分析儀（Ocean View NirQuest256和Ando AQ6315A光譜分析儀）。
論文第一作者Haider Zia評論道：“與傳統方法相比，使用這種方法，我們可以將所需的脈沖能量減少大約1000倍。”。
該團隊發表在《高級光子學研究》的論文中稱，這代表著“集成光子學領域的一個重大進步，我們的方法為在芯片上產生超連續譜光提供了一種更有效的方案，在便攜式醫療成像設備、化學傳感和激光雷達方面具有許多潛在的應用。”
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