Методы измерений на основе лазера, известные как оптическая метрология, могут быть использованы для изучения физических свойств объектов и материалов. Но современная оптическая метрология требует громоздкого и дорогостоящего оборудования для достижения точного управления лазерными волнами, что создает узкое место для развертывания оптимизированных и экономически эффективных систем.

Новый лазер на основе чипов, описанный в статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, может проводить чрезвычайно быстрые и точные измерения, очень точно изменяя свой цвет в широком спектре света с очень высокой скоростью - около 10 квинтиллионов раз в секунду. В отличие от традиционной кремниевой фотоники, лазер изготовлен из синтетического материала под названием ниобат лития и использует физическое явление, известное как эффект Поккельса, которое изменяет показатель преломления материала при наличии электрического поля.

"Есть несколько приложений, к которым мы стремимся, и которые уже могут извлечь выгоду из наших разработок", - говорит Шисинь Сюэ, аспирант, консультируемый Цян Линем, профессором электротехники, вычислительной техники и оптики деканата, оба из которых входят в число авторов статьи. "Первый - это лидар, который уже используется в автономных транспортных средствах, но более продвинутая форма, известная как лидар с непрерывной модуляцией частоты, требует большого диапазона настройки и быстрой настройки частоты лазера, и это то, что может сделать наш лазер".

Исследователи продемонстрировали, как их лазер можно использовать для управления лидарной системой на вращающемся диске и идентификации букв U и R, сделанных из игрушечных строительных блоков. Они говорят, что миниатюрную демонстрацию можно было бы увеличить для обнаружения транспортных средств и препятствий на скоростях и расстояниях на шоссе.

Исследователи также продемонстрировали, как лазер с чиповой шкалой может быть использован для синхронизации частоты лазера Паунда-Древера-Холла (PDH) - распространенного метода, используемого для сужения, стабилизации и уменьшения шума лазера.

"Это очень важный процесс, который может быть использован для оптических часов, способных измерять время с предельной точностью, но для этого требуется много оборудования", - говорит Сюэ, отмечая, что для типичной установки могут потребоваться приборы размером с настольный компьютер, такие как встроенный лазер, изолятор, акустооптический модулятор и фазовый модулятор. "Наш лазер может интегрировать все это в очень маленький чип, который можно настраивать электрически".

Исследование было частично поддержано Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA) "Лазеры для универсальных микромасштабных оптических систем" (LUMOS) и Национальным научным фондом.