微小チューナブルハイブリッドレーザ

July, 11, 2025, Lausanne--ポッケルス細胞は、巨大な研究機器から小型の通信機器まで、多くの種類のレーザに、正確に制御された光パルスを送達する能力を提供する。ヨーロッパの研究者は、フォトニックチップに適合し、広いチューニング範囲を示し、15mWの出力電力を供給するハイブリッド統合ポッケルスレーザを開発した。

この新しいウエファスケールデバイスは、外部分布ブラッグリフレクタと半導体光増幅器の組み合わせにより、性能が向上している(Nat. Photonics, doi: 10.1038/s41566-025-01687-0)。科学者たちは、LiDARおよび分光法の実験でポッケルスレーザをテストし、他の計測アプリケーションに活用できると説明している

チューニングブースト
科学者たちは、分布帰還型レーザダイオード(DFBLD)を薄膜ニオブ酸リチウム(LN)をベースにしたポッケルス型共振器にロックして、チップ上に波長可変レーザを構築する方法をすでに知っている。しかし、このタイプの従来のレーザは、調整範囲が限られており、分子分光法のアプリケーションには約5倍狭すぎた。

スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)とノルウェーのノルウェー科学技術大学(NTNU)のチームは、リン化インジウム反射型半導体光増幅器(RSOA)を、長さ7.25mmの拡張分布ブラッグ導波路回折格子反射鏡を含む単結晶ニオブ酸リチウムフォトニック回路に結合した。
研究者によると、RSOAをゲイン媒体として使用すると、レーザ設計が簡素化され、コストが削減される。ブラッグリフレクタの両側にある金電極は、ポッケルスチューニング効果を生み出した。科学者チームは、デバイスのチューニング範囲を10GHz以上で測定し、チューニング効率は550MHz/Vを超えた。「われわれの成果は、高速で、比較的安価で、強力で、使いやすい新しいタイプのレーザを提供することができる」とNTNUのJohann Riemensbergerはコメントしている。

テストと次のステップ
概念実証研究として、スイス-ノルウェーチームは、実験室環境で長距離周波数変調連続波LiDARのセットアップで新しいレーザをテストした。このデバイスは、わずか100msで20,000個のボクセルをキャプチャした。

次に、研究チームはハイブリッドレーザを使用して、1545nmのシアン化水素吸収線を拾うことを試みた。このデバイスは、2時間半の連続観測で25MHz未満の周波数偏差で長期安定性を示した。

研究チームによると、その結果は、レーザが分光法に潜在的に使用するために必要なチューニング範囲と直線性だけでなく、操作の安定性とシンプルさを持っていることを示している。今後も、このようなアプリケーションのための技術開発を進めていく予定である。