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二极管激光器

利用可调谐二极管激光器探索

微结构和纳米结构

可调谐二极管激光器在光学泵浦微腔、推动量子技术和开发量子点等方面
的应用，将有望为光电子学带来显著影响。

文/ Rudolf Neuhaus；Toptica Photonics公司

微 结构和纳米结构对于基础 微腔 的杂乱无章的机械振荡。
研究和应用量子技术变得
由于环境的去相干，在宏观物体
微腔谐振频率对尺寸和其他环境
越来越重要。该结构的突 中通常观察不到量子特性，除非使用 参数的依赖性，有望开发用于有前景
出应用实例是微腔和量子点，重要的 特定的样品几何形状和冷却。例如使 的应用 ：溶液中单个生物分子的无标
应用实例包括单个或纠缠的光子源、 用微腔，是在相对较大的微米级结构 记检测。使用微型光学谐振器结合宽
量子计算机的量子位和各种传感器。 中观察量子效应的一种可能性。图 1 范围的无跳模激光器（例如 Toptica
这些结构还能够使得量子极限下的研 展示了一种隔离的、直径约 30μm 公司的 DLC CTL），使得上述应用成
究变成可能，例如微腔中的量子振 的环形玻璃微腔，结合了宏观机械振 为可能。研究人员已经描述了这样的
荡、量子点的量子电动力学（QED）， 荡器和环形高 Q 光学腔。光经由倏逝 激光器如何被频率稳定到微型光学谐
或者甚至在空腔中具有单量子点的腔 场耦合到空腔中，通过全内反射从环 振器，并且观察到由结合到谐振器的
QED 研究。 形壁反射，通过辐射压力在结构上传 分子引起的光共振频率如何移动。 [3]
许多应用需要具有合适的可调谐 递小的力。 通过这种方式，检测并区别出半径在
连续波（CW）激光器的共振光学激发。 通过这种方式，耦合的光可以影 2~100nm 之间的粒子。
通过以正确的波长光学泵浦微腔，甚 响结构的振动特性，反之亦然。该特 该结果进一步拓展到用于非侵入
至可以产生微观的相干频率梳和短的 性使得微腔成为量子研究中激动人心 性肿瘤活检测定，以及为溶液中的光
光脉冲——这是一项非常有前景的应 的研究对象。例如，研究人员观察到 学质谱仪提供依据。对于这种应用，
[1]
用，有望对光电子学产生重大影响。 光和机械振荡之间的参数耦合， 并 不仅需要宽范围的无跳模调谐，而且
且还使用基于光学机械耦合的传感 能够方便地将激光器稳定到微腔。例
器，对这种微腔进行主动反馈冷却。 [2] 如，CTL 激光器具有内置的全数字稳
由于其小尺寸，微腔的自由光谱 定电子器件，并且可选择使用高带宽
范围相对较大，微小的尺寸偏差将 模拟或快速数字锁定电子器件。
导致腔谐振出现大的光谱偏移。因
此，宽范围的无跳模可调谐激光器 基于微谐振器的频率梳
是发现和研究微腔共振频率，或扫 微谐振器也越来越多地被用于产
10 µm 描腔的一个以上自由光谱范围的重 生光学频率梳。由于导引光场的小模
10
要工具。此外，激光器必须在功率 式体积和高达 10 的高 Q 因子，这
和频率上具有低噪声，以避免有害 些谐振器的强度变得非常高，使得非
图1：微型光学和机械结合谐振器。

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