超快频率可重构的芯片级激光器，助力激光雷达等光学计量应用
2025-06-09 15:16:09   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

研究人员开发的新型芯片级激光器，能够在宽光谱范围以极快的速度精确改变颜色（频率），从而助力实现极其快速、精确的测量

据麦姆斯咨询报道，罗切斯特大学和加州大学圣巴巴拉分校的研究人员设计了一种比1美分硬币还小的新型芯片级激光器，将高激光相干性与超快频率可重构性、多功能能力结合在一起，有望助力从自动驾驶汽车激光雷达（LiDAR）系统到引力波探测等广泛设备。

基于激光的测量技术，即光学计量学，可用于研究物体和材料的物理特性。但是，目前的光学计量技术需要笨重而昂贵的设备来实现精细的激光控制，这为部署精简、经济高效的系统带来了障碍。

该研究成果已经以“Pockels laser directly driving ultrafast optical metrology”为题发表在Light: Science & Applications期刊上。论文详细介绍了这种新型芯片级激光器，它能以极快的速度（约每秒10万亿次）在宽光谱范围内非常精确地改变颜色（频率），从而可以助力光学计量系统进行极其快速、精确的测量。

光学计量应用的集成波克尔斯（Pockels）效应激光器概念示意图

与传统的硅光子学不同，这种激光器采用一种名为铌酸锂的材料制成，并利用了一种被称为波克尔斯（Pockels）效应的物理现象，即当存在电场时，这种效应会改变材料的折射率。

该论文第一作者、博士研究生Shixin Xue说：“该芯片级激光器的目标应用很多，这些应用已经可以通过我们的设计受益。”

首先是已经用于自动驾驶汽车的激光雷达。其中，一种更先进的技术方案被称为频率调制连续波激光雷达，这种激光雷达需要较大的调谐范围和激光频率的快速调谐，而这正是这种新型芯片级激光器所擅长的。

研究人员演示利用新型芯片级激光器在旋转的圆盘上驱动激光雷达系统，并识别出由乐高积木拼成的字母U和R

研究人员演示了如何利用他们研发的激光器在旋转的圆盘上驱动激光雷达系统，并识别出由乐高积木拼成的字母U和R。研究人员介绍说，这种微型化的演示可以按比例放大，以探测高速公路上的车辆和障碍物。

距离和速度测量的实验装置

研究人员还演示了这种芯片级激光器如何用于Pound-Drever-Hall（PDH）激光频率锁定，这是一种高精度的激光稳频方法，主要用于稳定激光频率至光学参考腔（optical reference cavity），实现极窄线宽和超高频率稳定性。

“这是一种非常重要的技术，可用于光学时钟，能以极高的精度测量时间，但要做到这一点需要很多设备支持。”Xue继续说道，“典型的设备设置可能需要台式计算机大小的仪器，例如本征激光器、隔离器、声光调制器和相位调制器。我们的激光器可以将所有这些东西集成到一个非常小的芯片中，而且可以通过电控方式进行频率调谐。”

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41377-025-01872-4

延伸阅读：

《超快激光器技术、应用及市场趋势-2025版》

《全球激光器技术、市场及应用-2025版》

《激光雷达（LiDAR）技术及市场-2024版》