国家标准与技术研究所 一系列的纳米光子谐振器，每一个在几何形状上略有不同，从同一个近红外泵浦激光器产生不同颜色的可见光
信用:NIST 美国国家标准与技术研究所(NIST)和马里兰大学的研究人员开发了一种微芯片技术，可以将不可见的近红外激光转换成任何一种可见激光颜色，包括红色、橙色、黄色和绿色
他们的工作提供了一种在集成微芯片上产生激光的新方法
这项技术在精密计时和量子信息科学中有应用，后者通常依赖于原子或固态系统，必须用特定波长的可见激光驱动
这种方法表明，使用一个单一的小规模平台就可以获得大范围的这种波长，而不需要笨重的台式激光器或一系列不同的半导体材料
在微芯片上构建这种激光器还提供了一种低成本的方法，将激光器与光学时钟和量子通信系统所需的微型光学电路集成在一起
这项发表在10月20日出版的《光学》杂志上的研究为NIST芯片项目做出了贡献，该项目将NIST最先进的测量科学技术微型化，使其能够直接分发给工业、医学、国防和学术界的用户
构成最精确的实验时钟和量子信息科学新工具核心的原子系统通常依赖高频可见(光学)激光来运行，这与用于设定全球官方时间的低得多的频率微波相反
科学家们现在正在开发原子光学系统技术，这种技术体积小、功耗低，因此可以在实验室外使用
虽然实现这一愿景需要许多不同的要素，但一个关键要素是获得小型、轻型、低功耗的可见光激光系统
虽然研究人员在制造电信中使用的近红外波长的紧凑、高性能激光器方面取得了很大进展，但在可见光波长下实现同等性能一直是一项挑战
一些科学家已经通过使用半导体材料制造小型可见光激光器取得了长足的进步
相比之下，NIST大学和马里兰大学帕克分校的卢希元、卡提克·斯里尼瓦森和他们的同事采用了不同的方法，他们专注于一种叫做氮化硅的材料，这种材料对光有明显的非线性响应
氮化硅等材料有一个特殊的性质:如果入射光的强度足够高，那么出射光的颜色不一定与入射光的颜色相匹配
这是因为当非线性光学材料中的束缚电子与高强度入射光相互作用时，电子以不同于入射光的频率或颜色重新辐射该光
(这种效果与日常生活中看到光线从镜子上反射或通过镜头折射形成鲜明对比
在这些情况下，光线的颜色总是保持不变
) 陆和他的同事使用了一种被称为三阶光学参量振荡()的过程，其中非线性材料将近红外的入射光转换成两种不同的频率
其中一个频率高于入射光的频率，使其处于可见光范围内，另一个频率较低，延伸到红外线更深处
尽管研究人员多年来一直利用OPO在大型台式光学仪器中制造不同颜色的光，但这项由NIST领导的新研究首次将这种效应应用到微芯片上，产生特定的可见光波长，从而有可能大规模生产
为了使OPO方法小型化，研究人员将近红外激光导入微型谐振器，这是一种面积不到百万分之一平方米的环形器件，制作在硅片上
这个微型谐振器内的光在消散之前循环了大约5000次，建立了足够高的强度来进入非线性区域，在那里它被转换成两个不同的输出频率
为了创造多种可见和红外颜色，研究小组在每个微芯片上制造了几十个微型谐振器，每个谐振器的尺寸略有不同
研究人员仔细选择了这些尺寸，以便不同的微型谐振器产生不同颜色的输出光
研究小组表明，这种策略使得一个波长变化相对较小的近红外激光器能够产生大范围的特定可见光和红外颜色
特别地，尽管输入激光在窄范围的近红外波长(从780纳米到790纳米)上工作，微芯片系统产生从绿色到红色(560纳米到760纳米)的可见光颜色和从800纳米到1200纳米的红外波长
斯里尼瓦桑说:“我们的方法的好处是，只要调整我们的微型谐振器的尺寸，就可以达到这些波长中的任何一个。”
“虽然是第一次演示，”卢说，“但我们很高兴有可能将这种非线性光学技术与成熟的近红外激光技术相结合，创造出可用于各种应用的新型片上光源。”
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