從測繪地形到分析材料，激光提供了令人難以置信的精度。

新開發的芯片級激光器應用廣泛，從引導自動駕駛汽車到探測引力波。

羅切斯特大學和加州大學圣巴巴拉分校的研究人員研制出了這款比硬幣還小的激光裝置。

基于激光的測量，或稱光學測量，對于理解我們的世界至關重要。從測繪地形到分析材料，激光都能提供令人難以置信的精度。

主要的障礙一直以來都是龐大昂貴的設備，這使得廣泛、經濟高效的采用變得困難 —— 直到現在，因為這種新型芯片級激光器可能改變一切。

無與倫比的激光速度

這款創新的芯片擁有非凡的能力，它可以通過在廣闊的光譜范圍內改變其顏色，以無與倫比的速度和精度進行測量。

令人驚訝的是，該芯片改變其光顏色的速率達到了驚人的每秒約10^19次（百億億次）。

這種快速而精確的可調諧性使得精確的光學測量成為可能，為需要即時、精細控制激光特性的先進應用打開了大門。

“我們有幾個目標應用已經可以從我們的設計中受益，” 薛世新（音譯）說，他是由電氣與計算機工程及光學系主任教授林強（音譯）指導的博士生。“首先是激光雷達（LiDAR），它已用于自動駕駛汽車，但一種更先進的形式 —— 調頻連續波（FMCW）激光雷達 —— 需要激光器具有大的調諧范圍和快速的頻率調諧能力，而這正是我們的激光器所能做到的。”

激光雷達（LiDAR，光探測與測距）是一種廣泛使用的遙感技術。它通過發射脈沖激光并計算激光從物體反射回傳感器所需的時間來測量距離。

該技術可為自動駕駛汽車和精細測繪等應用創建周圍環境的三維模型。

測試中展現前景

這種新型微型芯片由一種稱為鈮酸鋰的合成材料制成。

該設備利用了普克爾斯效應（Pockels effect），這是一種顯著的物理特性，能使電場改變材料的光折射能力。

研究人員通過將他們的新型芯片級激光器集成到一個微型激光雷達系統中，展示了其潛力。該系統安裝在一個旋轉盤上，成功識別出了特定的樂高積木（形狀為“U”和“R”）。

這個小規模演示突顯了該激光器精確測距和識別物體的能力。

研究團隊相信，這項技術可以擴展到實際應用中，例如在高速公路速度和距離下探測車輛和障礙物，這對于自動駕駛至關重要。

但應用遠不止于此。研究人員還展示了它在龐德-德雷弗-霍爾（Pound-Drever-Hall）激光頻率鎖定技術中的應用。這是一種用于穩定激光器并降低其噪聲的技術。

“這是一個非常重要的過程，可用于光學原子鐘，它能以極高的精度測量時間，” 薛世新補充道。

通常，搭建一個用于精確激光控制的系統（如光學原子鐘中使用的系統）需要一系列笨重的儀器，如隔離器、聲光調制器和相位調制器。

“我們的激光器可以將所有這些功能集成到一個非常小的芯片中，并且可以通過電信號進行調諧，” 作者指出。

最近，YouTube博主兼發明家Styropyro制造了一款250瓦的手持激光裝置，他聲稱其功率大約是標準商用激光筆的50000倍。

這項研究成果發表在《光：科學與應用》期刊上。

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