一、研究背景與核心成果
    2025年6月3日，美國羅切斯特大學與加州大學圣巴巴拉分校的聯(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備。該成果在光學測量技術領域具有里程碑意義，其核心價值在于突破了傳統(tǒng)光學計量系統(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有極高需求的前沿領域，提供了具備實際應用價值的技術解決方案。

    二、技術創(chuàng)新與核心優(yōu)勢
    （一）傳統(tǒng)光學測量技術的局限性
    基于激光的測量技術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)有光學計量系統(tǒng)面臨顯著技術瓶頸：實現(xiàn)高精度激光波控制依賴體積龐大、成本高昂的設備，這對構建緊湊化、經(jīng)濟型測量系統(tǒng)形成實質性制約。
    （二）革命性技術突破
    新型芯片級激光器通過兩項關鍵創(chuàng)新實現(xiàn)技術突破：
    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（Pockelseffect）——即在電場作用下材料折射率可快速調制的特性，為高頻電光調制提供物理基礎。
    性能突破：具備寬光譜范圍內的超高速精準波長調諧能力，調諧速率可達每秒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、關鍵應用領域與實證研究
    （一）自動駕駛激光雷達系統(tǒng)的技術升級
    在先進的調頻連續(xù)波激光雷達（FMCWLiDAR）技術中，該激光器展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢：其寬頻率調諧范圍（覆蓋關鍵光譜窗口）與納秒級調諧速度，完全滿足自動駕駛對實時環(huán)境感知的嚴苛要求。研究團隊通過原理性實驗驗證了技術可行性：在旋轉圓盤測試平臺上，搭載該激光器的LiDAR系統(tǒng)成功識別出由樂高積木構成的"U""R"字母圖案。實驗數(shù)據(jù)表明，該技術可擴展應用于高速公路場景，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）精密測量技術的微型化革新
    在激光頻率鎖定技術領域，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)中的應用潛力。傳統(tǒng)PDH鎖頻系統(tǒng)需集成臺式規(guī)模的復雜組件（包括主激光器、光隔離器、聲光調制器等），而新型器件通過單片集成技術，將全部功能集成于毫米級芯片，僅需電信號驅動即可實現(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時鐘技術具有重要意義——作為時間計量的終極標準，光學時鐘的工程化應用長期受限于系統(tǒng)體積，該技術為實現(xiàn)便攜式高精度時頻系統(tǒng)奠定了基礎。

    四、技術原理與系統(tǒng)集成
    項目核心成員、羅切斯特大學博士研究生薛世鑫（ShixinXue）指出，該設計的技術優(yōu)勢源于材料特性與微納加工技術的深度融合：鈮酸鋰晶體的優(yōu)異電光系數(shù)（30pm/V）與低光學損耗（<0.1dB/cm），使其在芯片尺度上實現(xiàn)高效電光調制成為可能；通過微加工工藝制備的脊形波導結構（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，該方案在調諧速度上提升兩個數(shù)量級，同時保持了>100nm的連續(xù)調諧范圍，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）"微尺度通用光學系統(tǒng)激光計劃"（LUMOS）與國家科學基金會（NSF）的資助，其成果標志著微型光子器件從理論構想向工程應用的關鍵跨越。盡管當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將器件功耗降至10mW以下，并開發(fā)標準化驅動電路接口。
    在基礎科學領域，該技術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)定性與緊湊結構，有望推動下一代引力波探測器的輕量化設計。隨著微納加工技術的進步，芯片級激光器件或將重塑光學測量技術的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實現(xiàn)從工業(yè)自動化檢測到基礎物理研究的全領域覆蓋，開啟"芯片級光子學"的技術時代。
    這項由美國高校聯(lián)合完成的技術突破，不僅在工程層面解決了傳統(tǒng)光學系統(tǒng)的體積與成本難題，更在科學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、精密儀器及基礎科研設備的核心組件，其技術影響將跨越多個學科領域，為人類探索微觀世界與宇宙奧秘提供更高效的工具。

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