学术前沿 | 微型铌酸锂激光器问世，助力自动驾驶与引力波探测

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2025年5月30日，罗彻斯特大学与加州大学圣塔芭芭拉分校的研究团队在 Light: Science & Applications 期刊发布论文，公布了一种尺寸小于一美分的芯片级激光器。

这一创新装置基于铌酸锂材料，利用Pockels效应实现超快频率调谐，有望驱动自动驾驶激光雷达（LiDAR）系统乃至引力波探测等尖端应用。相比传统光学计量所需的庞大设备，该微型激光器为紧凑、高效的测距和传感解决方案开辟了新路径。

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基于激光的测量技术，即光学计量，可用于研究物体和材料的物理特性。然而，当前光学计量需依赖笨重且昂贵的设备来实现精细的激光波控制，这成为部署精简、成本效益高系统的瓶颈。

论文介绍，这一新型芯片级激光器能以极高速度和精度进行测量，通过精确改变光色，覆盖宽广光谱，调谐速率高达每秒约10^19次。与传统硅光子学不同，该激光器采用合成材料铌酸锂，借助Pockels效应——一种在电场作用下改变材料折射率的物理现象。

论文作者之一、University of Rochester 电气与计算机工程及光学系主任教授 Qiang Lin 指导的博士生 Shixin Xue 表示：“我们针对多个应用场景进行了设计，成果已展现显著效益。其中，LiDAR是主要方向，虽已应用于自动驾驶，但更先进的频率调制连续波LiDAR要求激光器具备宽范围和快速频率调谐能力，这正是我们激光器的优势所在。”

研究人员展示了该激光器驱动旋转盘上LiDAR系统的能力，成功识别由乐高积木拼成的字母“U”和“R”。

他们指出，这一微型演示可扩展至高速公路速度和距离，探测车辆及障碍物。此外，研究团队还验证了该激光器在Pound-Drever-Hall（PDH）激光频率锁定中的应用，这是一种常见技术，用于缩小激光线宽、稳定输出并降低噪声。

Shixin Xue 解释：“这是光学时钟的重要过程，可实现极高精度的时间测量，但传统方法需大量设备。”他指出，典型设置可能需要桌面大小的仪器，如本征激光器、隔离器、声光调制器和相位调制器。“我们的激光器能将这些功能集成到一个微小芯片上，并通过电信号调谐。”

芯片级铌酸锂激光器以其微型化、超快调谐和高精度特性，为激光雷达、引力波探测和光学时钟等领域开辟了新可能。