瑞士洛桑联邦理工学院科研团队近日在光子集成领域取得里程碑式突破，首次将高性能飞秒激光器完整集成至毫米级光子芯片之上。实测数据显示，该芯片激光器可稳定输出单脉冲能量1.05纳焦、脉宽仅147飞秒的超短激光，核心性能完全对标传统商用台式飞秒激光器，为困扰行业二十余年的超快激光小型化、低成本化难题开辟了全新技术路径。
光子芯片依托微米级波导实现光信号的精准传输与处理，其功能定位相当于电子芯片中的电路系统。过去数年里，大量原本需要占据整台大型光学设备才能实现的功能，都已逐步完成片上集成，但飞秒激光器始终是该领域最难突破的技术壁垒——它需要同时兼顾极致短促的脉冲形态与高能量输出，对芯片内部的光场调控精度提出了极高要求。
本次技术突破的核心创新，在于团队跳出传统设计思路，采用了此前业界关注度较低的马梅舍夫振荡器架构。该架构将激光腔内的非线性波导置于两组光学滤波器之间，形成了独特的光脉冲筛选机制：高能量强光脉冲通过非线性波导时，光谱会发生显著展宽，从而顺利穿透两组滤波器并在腔内持续循环；而能量较弱的杂散光信号则无法完成光谱展宽，会被滤波器直接滤除，从源头保障了激光输出的纯净度。
光信号在芯片狭窄波导中传播时，极易产生强烈的非线性相互作用，传统激光架构受该效应影响，常会出现脉冲畸变、输出失稳等问题，难以适配微型化芯片场景。而马梅舍夫振荡器对这类非线性干扰具备极强的耐受性，完美适配芯片集成环境。团队依托成熟的掺铒氮化硅工艺平台打造这款芯片激光器，通过创新的折叠布局设计，将总长42厘米的激光谐振腔极致压缩至火柴头大小的区域，完整器件可轻松放置在一枚1瑞士法郎硬币表面，体积较传统光纤飞秒激光系统实现了数量级缩减。
更重要的是，该技术完全兼容半导体芯片成熟的晶圆级批量制造工艺，单次流片即可在一枚晶圆上集成超过1000组独立激光腔，这意味着未来超快激光器的制造成本将迎来大幅下探，彻底打破其长期被束缚在实验室光学平台上的应用局限。据研究团队介绍，这款芯片级激光器的应用场景覆盖高精度光谱分析、工业材料微观缺陷探测、精准医学诊断等多个领域，同时还将成为下一代紧凑型光学原子钟的核心组件，为未来高速光通信、高精度卫星导航技术提供关键支撑。