EPFL研制无需主动控制即可保持锁定的光子集成激光器

EPFL 的研究人员开发出一种芯片级激光器，在其测试的工作范围内无需主动电子控制即可保持非常稳定的频率。他们的研究发表在《i>Nature Photonics期刊上。

激光器为原子钟、量子传感器、光纤监测、相干通信和距离测量提供所需的精确光源。这些应用依赖于光学频率保持极其稳定的激光器。最精密的系统往往依赖笨重的实验室激光器，这限制了它们在紧凑型和便携式技术中的应用。

半导体激光器提供了一种实用的替代方案。它们体积小、由电驱动，适合大规模制造。然而，其频率的波动往往远大于精密系统中使用的光纤激光器。

光学反馈需要微妙的平衡

研究人员可以通过自注入锁定来降低这种噪声。在这种方法中，一部分激光进入高品质光学谐振腔并返回激光器。这种光学反馈可稳定激光频率，并可将其线宽（频率稳定性的度量）缩小几个数量级。

挑战在于让激光器在这种状态下保持稳定。它通常只在非常特定的条件下工作，例如特定的电流和由光程长度决定的精确返回光相位。温度变化或制造中的微小差异等细微变化都很容易打破这种平衡。因此，大多数系统需要额外的控制和电子器件来不断调整激光器并保持其稳定。

由 EPFL 的 Tobias J. Kippenberg 领导的团队现已展示了一种光子集成激光器，在其测试的驱动电流范围内始终保持自注入锁定。研究人员将这种方法称为“无尽自注入锁定”。

该器件将标准半导体激光器与一枚微型光学芯片相结合，后者将部分光反馈回激光器。通过精心设计这种反馈，团队确保了即使条件发生变化，激光器也能保持稳定。

他们还使稳定工作区域相互重叠。这意味着随着驱动电流的变化，激光器可以在稳定状态之间平滑切换而不会失去锁定。

研究人员在将驱动电流从 154 毫安变化到 300 毫安的过程中对激光器进行了测试。在每个测量电流下，与自由运行激光器相比，自注入锁定将频率噪声降低了 5,000 倍以上。固有线宽保持在 10 赫兹以下。

团队还将压电致动器集成到光子芯片上。这些致动器在施加电压时通过应力光学效应调谐谐振腔。该器件在保持锁定的同时产生了超过 1.5 吉赫兹的无跳模频率啁啾，且无需对驱动电流或反馈相位进行主动控制。

该设计可使紧凑型超低噪声激光器更易于应用于光学传感、激光雷达、相干通信、原子钟和量子传感等领域。该工作在实验室器件中验证了这一原理。要走出实验室进行部署，还需要进一步的工程化和封装。

Mikael Reichler 等，《无尽自注入锁定光子集成激光器》，Nature Photonics（2026）。DOI: 10.1038/s41566-026-01985-1

本报道由谁撰写？

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引用： A laser that stays locked without active control (2026, October 2) retrieved 17 October 2026 from https://phys.org/news/2026-10-laser-stays.html

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