美國麻省理工學院(MIT)與桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)的研究人員最近在《自然光子學》(Nature Photonics)期刊中發表最新研究成果,他們描述一種緊密整合奈米雷射器的自然鎖相(phase-locking)機制,顯示一般無效的橫向發射將有助於使2D陣列中的所有雷射器實現遠距離的全局耦合。

「在波束成形時,雷射器陣列鎖相是一種極其高效率的方法,因為它能提高輸出功率以及降低發射閾值,」研究人員因此在一款面積不到1mm2的晶片上打造出37個次波長短腔面發射雷射器陣列原型展示。

該雷射元件可在3THz頻率時發射,並以不同的陣列配置散佈,彼此之間僅以相當於其基本波長(100µm)的間距隔開。研究人員表示,透過「具有明確相位關係的遠場輻射」彼此鎖相,這些雷射元件就能藉由最高450mW A-1斜率效率以及近繞射極限的波束散射,以脈衝作業方式共同實現高達6.5mW的單模作業。

研究人員們將奈米雷射器設計至定義明確的網格圖案,利用奈米雷射器發散的波束圖案(通常是損耗的能量)在陣列的其他雷射之間實現強耦合,以及形成較個別雷射器分別實現的總合更強大的光束與聚焦。

研究人員的靈感來自微波領域。在微波領域所使用的天線相位陣列一般都可實現窄波束成形。

根據研究人員表示,陣列越大,可被再次擷取到的橫向發射輻射就越多,可用於刺激附近雷射器的發射,以及在可產生雷射光的陣列降低整體功率閾值。該研究可望導入工業應用中,例如可達到太赫茲(THz)量子級聯雷射器的THz級光譜儀或掃描儀。

編譯:Susan Hong

(參考原文:MIT's phase-locked laser array yields better beam,by Julien Happich)