美国麻省理工学院(MIT)与桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)的研究人员最近在《自然光子学》(Nature Photonics)期刊中发表最新研究成果,他们描述一种紧密整合纳米激光器的自然锁相(phase-locking)机制,显示一般无效的横向发射将 有助于使2D数组中的所有激光器实现远距离的全局耦合。

“在波束成形时,激光器数组锁相是一种极其高效率的方法,因为它能提高输出功率以及降低发射阈值,”研究人员因此在一款面积不到1mm2的芯片上打造出37个次波长短腔面发射激光器数组原型展示。

该雷射组件可在3THz频率时发射,并以不同的数组配置散布,彼此之间仅以相当于其基本波长(100µm)的间距隔开。研究人员表示,透过「具有明确相位关系的远场辐射」彼此锁相,这些雷射组件就能藉由最高450mW A-1斜率效率以及近绕射极限的波束散射,以脉冲作业方式共同实现高达6.5mW的单模作业。

研究人员们将纳米激光器设计至定义明确的网格图案,利用纳米激光器发散的波束图案(通常是损耗的能量)在数组的其他雷射之间实现强耦合,以及形成较个别激光器分别实现的总合更强大的光束与聚焦。

研究人员的灵感来自微波领域。在微波领域所使用的天线相位数组一般都可实现窄波束成形。

根据研究人员表示,数组越大,可被再次撷取到的横向发射辐射就越多,可用于刺激附近激光器的发射,以及在可产生雷射光的数组降低整体功率阈值。该研究可望导入工业应用中,例如可达到太赫兹(THz)量子级联激光器的THz级光谱仪或扫描仪。

编译:Susan Hong

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