荷兰特温特大学的研究人员和其子公司Superlight Photonics开发了一种集成光子学芯片，该芯片能显著降低宽带激光器的功率需求。

早在2020年，荷兰特温特大学的研究人员提出了一种基于符号交替色散波导的超连续谱产生方法来抵消光谱停滞，该方法能够使用功率更低的输入光束。

在他们的方法中，波导被设计为交替加宽和变窄光束，进而控制光的色散。与传统方法相比，这种方法显著减少了所需的脉冲能量。

把它放在芯片上

事实证明，该小组的超连续谱产生方法非常有前途，以至于他们成立了一加公司Superlight Photonics。他们将这种产生超连续谱的方法实施到芯片上，以解决超连续谱激光器存在的几个不足：体积巨大、价格昂贵、峰值功耗高。

“我们现在有了一个可以用于任何波导材料矩阵的技术平台，可以将宽带激光器的功率需求降低数千倍，同时也可以提高产生的光谱分量相对于峰值的功率（例如，平坦光谱）。”研究人员之一、也是Superlight Photonics公司董事总经理Haider Zia说，“这使得便携式或完全集成的超连续谱产生源，能够作为便携式光学设备中的光源，而这些设备用于从医学到环境传感的各种行业。”

Zia决心提供让工业界可以使用的超连续谱产生方法，他发现了阻碍其发展的两个瓶颈。“首先，这一过程的能源效率很低。占据整个桌面的大型激光器成本高，体积大，因此需要的空间也大。”他解释道，“其次，与超连续谱产生相关的大带宽的光谱产生，被限制在大约30dB的功率水平，这比主驱动激光器中心波长的功率低1000倍。”

Zia还专注于提高CMOS兼容的集成光子波导的工艺效率，该波导可以批量生产，使小型廉价激光器（甚至是最小的光纤激光器或集成的种子激光器）都可以产生超连续谱。“我还专注于优化超连续谱产生过程，使频谱分量的功率相对于峰值功率波长保持较高水平。”

该平台控制种子激光脉冲的形状，因此色散效应和非线性效应的相互作用，不会导致波导长度上光谱产生的停滞。

图1：工作中的裸波导。（图片来源：Haider Zia/Superlight Photonics）

“这是造成瓶颈的主要限制，”Zia说，“在正常和异常之间交替色散，可以使脉冲轮廓保持在一种配置内，能在大传播长度上连续产生3dB带宽的频谱带宽。”

Zia和同事们对该技术的模拟是否“与我们制造的波导的实验结果相匹配”存有疑问，他说。“制造参数（如色散、损耗、波导的确切宽度等）很难估计，因为它们在每次制造过程中都会波动，即使在大型氮化硅（SiN）制造厂也是如此。”

但是在进行实验时，“我们发现结果与我们模拟的预测相匹配，”Zia说，“这既是一个惊喜，也是一种解脱。我们现在对相关参数的评估充满信心。”

生成大量可见光

Zia注意到，最令人惊讶的是大量可见光的生成。他们计划产生近红外范围的超连续谱；由于SiN在可见光波段损耗极大，因此产生可见光是出乎意料的。

Zia说：“我们在3dB水平附近发现了窄带蓝色和绿色色散波，这是我们的模拟没有预测到的。我们现在知道，当我们的方法中的色散发生变化时，四波混频出现的精确相位匹配条件导致了它们的产生。”

这些窄带峰值可以用于将超连续光谱锁定到激光源中，以产生非常稳定的输出。这项技术拥有巨大的应用潜力。