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薄膜鈮酸鋰thin-film lithium niobate（LiNbO3）已經實現了低損耗光子集成電路、提升了半波電壓的調制器、電光頻率梳和片上電光器件，其應用范圍從微波光子學到微波到光量子接口。盡管最近的進展已經證明了基于鈮酸鋰LiNbO3的可調諧集成激光器，然而，薄膜鈮酸鋰平臺演示頻率捷變 frequency-agile、窄線寬集成激光器的全部潛力，尚未實現。

近日，來自IBM和瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的研究團隊在Nature上發文，報道了一種基于混合氮化硅Si3N4–LiNbO3光子平臺的快速調諧激光器，并展示了其在相干激光測距中的應用，可能對光學測距技術產生重大影響。該激光器基于鈮酸鋰，由于其低噪聲和快速波長調諧的特性，有可能徹底改變光探測和測距(LiDAR)應用。

鈮酸鋰是光調制器領域常用的材料，因為它具有較高的光功率容量，并且具有很高的“Pockels系數”，這意味著當施加電場時，它可以改變其光學性質。IBM和EPFL的研究人員通過將鈮酸鋰與氮化硅結合，實現了一種新型的混合集成可調諧激光器。

圖1：用于快速可調諧自注入鎖定激光器的異質、低損耗氮化硅Si3N4–鈮酸鋰LiNbO3光子集成平臺。

為了制造激光器，該團隊在EPFL制造了基于氮化硅的光子集成電路，然后在IBM將其與鈮酸鋰晶圓結合。該平臺基于超低損耗Si3N4光子集成電路與薄膜LiNbO3的異質集成，通過在晶片級直接鍵合，與之前演示的芯片級集成不同，具有8.5B/m的低傳播損耗。通過自注入鎖定到激光二極管，實現了窄線寬激光(固有線寬為3千赫茲)。諧振腔的混合模式允許其以12 PHz/s 的速度進行電光激光頻率調諧，其在高線性度和低遲滯的同時，可保持窄線寬。

圖2：表征集成的混合異質Si3N4–LiNbO3平臺。

該激光器具有低噪聲和快速波長調諧的特性，使其成為激光雷達應用的理想選擇。然后，該團隊使用激光進行了光學測距實驗，實現了高精度測量距離。這種新型激光器在激光雷達應用之外也有潛力。該混合平臺有潛力實現用于電信的集成收發器和用于量子計算的微波光學換能器。

圖3：自注入鎖定分布式反饋distributed feedback，DFB激光器的電光頻率調諧

圖4：使用混合集成激光器的相干調頻連續波frequency-modulated continuous-wave，FMCW激光雷達演示。