聲表面波Surface acoustic waves (SAWs)技術(shù)支撐著廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用，包括射頻濾波器、化學(xué)與生物傳感器、聲光器件、芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中的微流控聲學(xué)操控以及量子聲子學(xué)等。盡管目前存在多種聲表面波的生成方法，但每種方法均存在固有局限，制約了器件性能、高頻工作能力以及在尺寸、重量與功耗受限系統(tǒng)中的應(yīng)用。

近日，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Alexander Wendt，Matt Eichenfield等在Nature上發(fā)文，提出了一種全固態(tài)、單片集成的聲表面波聲子激光器，該器件由鈮酸鋰聲表面波諧振器與內(nèi)置直流電注入寬帶半導(dǎo)體增益介質(zhì)構(gòu)成，器件面積小于0.15 mm2。

在36 V閾值偏壓以下時(shí)，該器件表現(xiàn)為諧振放大器；超過(guò)閾值偏壓后，器件呈現(xiàn)自維持相干振蕩、線寬窄化與高輸出功率特性。在1 GHz頻率下，該器件可產(chǎn)生高達(dá)-6.1 dBm的連續(xù)片上聲輸出功率，分辨率極限線寬小于低于77 Hz，在1 kHz頻偏處的載波相位噪聲為-57 dBc/Hz。

圖2 無(wú)源諧振器和諧振放大器特性。

圖3 聲子激光特性表征。

圖4 面向近期near-term應(yīng)用和高頻生成的改進(jìn)架構(gòu)。

通過(guò)詳細(xì)建模，還提出了器件性能的優(yōu)化路徑，包括在10 GHz頻率下，實(shí)現(xiàn)了毫赫茲級(jí)線寬、高功率效率，以及小于550 μm2的器件面積。該項(xiàng)成果，有助于研發(fā)片上超高頻聲表面波源，以及無(wú)需外接射頻源的微型化聲表面波系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)： 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)

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