飛秒脈沖激光器以持續時間十億分之一秒的超快速度發射光，它是一種應用范圍涵蓋了醫學和制造業、傳感和時空的精確測量等行業的強大工具。如今，這些激光器通常是昂貴的桌面系統，這限制了它們在有尺寸和功耗限制的應用程序中的使用。 片上飛秒脈沖源將開啟量子、光計算、天文學、光通信等領域的新應用。然而，集成可調諧和高效的脈沖激光器到芯片上一直是一個挑戰。 現在，來自哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院的研究人員利用時間透鏡，創造出了一種高性能的片上飛秒脈沖源。

時間透鏡將連續波單色激光束轉換為高性能片上飛秒脈沖源

該研究成果發表在《自然》雜志上。 海洋工程學院電氣工程Marko Loncar教授說：“脈沖激光器產生高強度的短脈沖，包含多種顏色的寬束光。為了使這些激光光源更加實用，我們決定利用我們開發出來的最先進集成光子學平臺，并借助最新方法用來實現傳統和大寬束的飛秒源。重要的是，我們的芯片采用了類似于計算機芯片的微加工技術，這不僅確保了成本和尺寸的降低，還提高了飛秒源的性能和可靠性。”

傳統的鏡片，如隱形眼鏡或放大鏡和顯微鏡中的鏡片，通過改變相位來彎曲來自不同方向的光線，使它們到達空間中的同一位置——焦點。

另一方面。時間透鏡則以類似的方式“彎曲”光束，但它們在時間而不是空間上改變光束的相位。通過這種方式，以不同速度傳播的不同顏色的光被重新計時，這些光會同時到達聚焦平面。 為了產生飛秒脈沖，該團隊的設備使用了一系列的光波導、耦合器、調制器和光學光柵，該平臺由Marko Loncar的實驗室率先開發出來。 在這個過程中，該團隊首先讓連續的單色激光束通過一個振幅調制器，該調制器控制通過時間透鏡的光量，這一功能類似于傳統透鏡的光圈。然后光通過透鏡的“彎曲”部分傳播，在這種情況下，這是一個相位調制器，在那里產生了不同顏色的頻率梳。回到汽車的類比，相位調制器在不同的啟動時間創建和釋放不同顏色的汽車。

由于該設備控制不同波長的傳播速度以及它們到達焦平面的時間，它能夠有效地將連續的單色激光束轉換為寬帶高強度脈沖源，并可以產生520飛秒的超快脈沖。

該設備高度可調，集成到一個2x4mm的芯片上。由于鈮酸鋰的光電特性，它需要比桌面產品顯著更低的功率。 當設備變得更小、更集成時，就能夠獲得更好的性能。未來，人們或許可以在口袋里攜帶飛秒脈沖激光器來檢測水果的新鮮程度，或者實時跟蹤個人的健康狀況，或者在車內進行距離測量。 接下來，該團隊的目標是探索激光本身和時間透鏡技術的一些應用，包括透鏡系統（如望遠鏡）以及超快信號處理和量子網絡。

審核編輯 ：李倩