一、研究背景與核心成果
    2025年6月3日，美國羅切斯特大學(xué)與加州大學(xué)圣巴巴拉分校的聯(lián)合研究團隊宣布，成功研發(fā)出一款尺寸小于一美分硬幣的微型激光設(shè)備。該成果在光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域具有里程碑意義，其核心價值在于突破了傳統(tǒng)光學(xué)計量系統(tǒng)的體積與成本瓶頸，為自動駕駛激光雷達系統(tǒng)（LiDAR）、引力波探測等對精密測量技術(shù)有極高需求的前沿領(lǐng)域，提供了具備實際應(yīng)用價值的技術(shù)解決方案。

    二、技術(shù)創(chuàng)新與核心優(yōu)勢
    （一）傳統(tǒng)光學(xué)測量技術(shù)的局限性
    基于激光的測量技術(shù)在物體與材料物理特性研究中具有不可替代的作用，然而現(xiàn)有光學(xué)計量系統(tǒng)面臨顯著技術(shù)瓶頸：實現(xiàn)高精度激光波控制依賴體積龐大、成本高昂的設(shè)備，這對構(gòu)建緊湊化、經(jīng)濟型測量系統(tǒng)形成實質(zhì)性制約。
    （二）革命性技術(shù)突破
    新型芯片級激光器通過兩項關(guān)鍵創(chuàng)新實現(xiàn)技術(shù)突破：
    材料創(chuàng)新：采用合成材料鈮酸鋰（lithiumniobate）替代傳統(tǒng)硅基材料，充分利用普克爾斯效應(yīng)（Pockelseffect）——即在電場作用下材料折射率可快速調(diào)制的特性，為高頻電光調(diào)制提供物理基礎(chǔ)。
    性能突破：具備寬光譜范圍內(nèi)的超高速精準(zhǔn)波長調(diào)諧能力，調(diào)諧速率可達每秒10¹?次（10quintilliontimespersecond），實現(xiàn)了納秒級時間分辨率下的高精度光譜測量，從原理上解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)在速度與精度上的固有矛盾。

    三、關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域與實證研究
    （一）自動駕駛激光雷達系統(tǒng)的技術(shù)升級
    在先進的調(diào)頻連續(xù)波激光雷達（FMCWLiDAR）技術(shù)中，該激光器展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢：其寬頻率調(diào)諧范圍（覆蓋關(guān)鍵光譜窗口）與納秒級調(diào)諧速度，完全滿足自動駕駛對實時環(huán)境感知的嚴(yán)苛要求。研究團隊通過原理性實驗驗證了技術(shù)可行性：在旋轉(zhuǎn)圓盤測試平臺上，搭載該激光器的LiDAR系統(tǒng)成功識別出由樂高積木構(gòu)成的"U""R"字母圖案。實驗數(shù)據(jù)表明，該技術(shù)可擴展應(yīng)用于高速公路場景，實現(xiàn)對高速移動物體（如車輛、障礙物）的遠距離（>200米）實時檢測，為自動駕駛系統(tǒng)的環(huán)境建模與決策算法提供高精度數(shù)據(jù)支撐。
    （二）精密測量技術(shù)的微型化革新
    在激光頻率鎖定技術(shù)領(lǐng)域，研究團隊演示了該激光器在龐德-德萊弗-霍爾鎖頻（Pound-Drever-Hall,PDH）系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。傳統(tǒng)PDH鎖頻系統(tǒng)需集成臺式規(guī)模的復(fù)雜組件（包括主激光器、光隔離器、聲光調(diào)制器等），而新型器件通過單片集成技術(shù)，將全部功能集成于毫米級芯片，僅需電信號驅(qū)動即可實現(xiàn)激光頻率的窄線寬穩(wěn)定（噪聲抑制達-120dBc/Hz@10kHz）。這種微型化特性對光學(xué)時鐘技術(shù)具有重要意義——作為時間計量的終極標(biāo)準(zhǔn)，光學(xué)時鐘的工程化應(yīng)用長期受限于系統(tǒng)體積，該技術(shù)為實現(xiàn)便攜式高精度時頻系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

    四、技術(shù)原理與系統(tǒng)集成
    項目核心成員、羅切斯特大學(xué)博士研究生薛世鑫（ShixinXue）指出，該設(shè)計的技術(shù)優(yōu)勢源于材料特性與微納加工技術(shù)的深度融合：鈮酸鋰晶體的優(yōu)異電光系數(shù)（30pm/V）與低光學(xué)損耗（<0.1dB/cm），使其在芯片尺度上實現(xiàn)高效電光調(diào)制成為可能；通過微加工工藝制備的脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（寬度2μm，高度500nm），進一步優(yōu)化了光場限制與電場耦合效率。相較于傳統(tǒng)硅光子器件，該方案在調(diào)諧速度上提升兩個數(shù)量級，同時保持了>100nm的連續(xù)調(diào)諧范圍，形成顯著的性能優(yōu)勢。

    五、研究支撐與未來展望
    本研究得到美國國防高級研究計劃局（DARPA）"微尺度通用光學(xué)系統(tǒng)激光計劃"（LUMOS）與國家科學(xué)基金會（NSF）的資助，其成果標(biāo)志著微型光子器件從理論構(gòu)想向工程應(yīng)用的關(guān)鍵跨越。盡管當(dāng)前器件仍處于原理驗證階段，研究團隊已啟動產(chǎn)業(yè)化可行性研究：計劃通過晶圓級封裝技術(shù)將器件功耗降至10mW以下，并開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化驅(qū)動電路接口。
    在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域，該技術(shù)為引力波探測等極端精密測量實驗提供了新可能——其亞赫茲級頻率穩(wěn)定性與緊湊結(jié)構(gòu)，有望推動下一代引力波探測器的輕量化設(shè)計。隨著微納加工技術(shù)的進步，芯片級激光器件或?qū)⒅厮芄鈱W(xué)測量技術(shù)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實現(xiàn)從工業(yè)自動化檢測到基礎(chǔ)物理研究的全領(lǐng)域覆蓋，開啟"芯片級光子學(xué)"的技術(shù)時代。
    這項由美國高校聯(lián)合完成的技術(shù)突破，不僅在工程層面解決了傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的體積與成本難題，更在科學(xué)層面展示了材料特性與微系統(tǒng)集成的創(chuàng)新潛力。隨著后續(xù)產(chǎn)業(yè)化進程的推進，微型激光器件有望成為智能裝備、精密儀器及基礎(chǔ)科研設(shè)備的核心組件，其技術(shù)影響將跨越多個學(xué)科領(lǐng)域，為人類探索微觀世界與宇宙奧秘提供更高效的工具。

    技術(shù)驗證數(shù)據(jù)：
    器件尺寸：直徑12mm（小于標(biāo)準(zhǔn)美分硬幣19.05mm）
    調(diào)諧范圍：400nm（1500-1900nm波長范圍）
    頻率調(diào)諧速率：10¹?Hz/s（對應(yīng)波長調(diào)諧速率200nm/μs）
    集成度：單片集成調(diào)制器、濾波器與探測器（芯片面積2mm×3mm）