近日，蒙彼利埃大学的研究团队，发表了一项创新研究，宣布他们成功研发出一种基于氮化镓的锁模极化激光器。这种新型激光器可以在室温下以300 GHz的重复频率和100飞秒的脉冲运行。该工作以“Mode-locked waveguide polariton laser”为题，发表在《Optica》上。
这项研究突破了传统激光器的单模限制，首次展示了基于极化子非线性自相位调制效应实现的锁模激光器。研究团队利用氮化镓材料制成的60微米长波导，并通过分布式布拉格反射器形成多模水平腔，成功在蓝紫外区域实现了室温下的极化子锁模微激光器。
该激光器的创新点在于利用极化子-极化子相互作用引起的自相位调制来补偿模式色散，从而实现锁模。这种机制得到了实验和理论的双重支持，通过观察到的明亮孤子的典型包络频率特征，验证了该模式锁定的有效性。
图1：器件示意图。
在低温（70K）下，研究团队观察到了单模极化子激光。当温度升高至150K至室温时，激光器表现为多模运行，显示出清晰的模式同步现象。这种现象表明极化子系统在不同温度下均能稳定地实现锁模操作。
研究所使用的样品由厚度为150纳米的氮化镓波导核心和分布式布拉格反射器组成，形成了60微米长的法布里-珀罗腔。在实验中，研究人员通过光学泵浦激发激子储层，成功实现了极化子的强耦合，并通过微光致发光装置采集了发射光谱。
通过分析激光器在不同泵浦功率下的模式变化，研究团队进一步理解了激光模式的相位同步机制。结果表明，极化子系统的非线性折射率比传统半导体中的非线性效应高出多个数量级，从而实现了更高效的模式锁定。
该研究不仅在技术上取得了重要突破，还为未来在紫外和可见光谱范围内开发集成光子源提供了新的思路。由于该激光器基于紧凑的芯片级设计，并兼容电注入和光子集成技术，因此在集成光子学领域具有广阔的应用前景。
研究团队表示，这种极化子锁模激光器的成功研制，为实现高重复频率、低能耗的激光脉冲提供了可能，有望在未来的光通信、精密测量和超快光子学领域发挥重要作用。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/OPTICA.524753
