自动稳定器

【研究背景】光子学是研究光的产生、传播和与物质相互作用的学科，因其在光通信、传感和量子技术等领域的广泛应用而备受关注。与传统的半导体激光器相比，集成光子设备具有更高的集成度和更小的尺寸，这使得它们在实现低噪声、窄线宽和高稳定性方面具有显著优势。然而，目前的集成激光系统仍面临着组件集成不兼容和光源体积过大的挑战，阻碍了它们的实际应用。为了解决这些问题，近年来，极高质量因子的氮化硅环谐振腔被广泛研究，其能够提供长光子寿命和有效的反馈。尽管已有研究显示，通过自我注入锁定实现激光器的线宽减小，但在高功率操作时，该方法的局限性开始显现。此外，光隔离器的集成也带来了额外的复杂性，导致激光系统的操作变得更加困难。为了解决这些问题，美国斯坦福大学（Stanford University）Alexander D. White, Geun Ho Ahn等携手设计并制备了一种被称为统一激光稳定器（Unified Laser Stabilizer，ULS）的新型纳米光子设备。该设备利用氮化硅环谐振腔的高质量因子，通过长光子寿命实现自我注入锁定，同时利用非相互作用的Kerr效应提供光隔离。该系统的独特设计使得激光器在运行过程中始终保持共振状态，从而简化了系统的复杂性。通过这种新型设备，研究团队成功实现了激光的高效反馈稳定与隔离，显著提高了激光系统的性能。实验结果表明，该集成激光系统在开启和运行时都表现出出色的稳定性和可靠性，极大地推动了集成光子技术的发展。这一进展为实现真正的片上集成激光系统铺平了道路，将为光通信、传感和量子技术等领域的应用带来新的机遇。【仪器解读】本文通过集成的DFB激光器和可调电光激光器（ECL）的外差技术，首次实现了对片上激光系统的高精度频率分裂测量。这一过程揭示了在高功率下，传统自注入锁定方案的局限性，促进了我们对激光稳定性的理解。特别是，采用新型的氮化硅统一激光稳定器（ULS）设计，我们成功地实现了在高功率条件下的自注入锁定，从而显著降低了激光频率噪声。这一发现为光学隔离与频率噪声降低的耦合提供了新的视角。在针对激光器频率噪声降低的现象，本文采用了热折射噪声（TRN）模拟和波动-耗散定理相结合的微观机理表征，得到了该系统在不同工作条件下的频率波动特征。这一过程揭示了热噪声对激光器性能的影响，为理解激光系统的稳定性提供了重要依据。通过对激光器工作频率与温度的深入分析，我们发现在高功率下，热噪声对激光稳定性的影响更加显著，从而挖掘了改进激光性能的新途径。在此基础上，本文还通过时间域和频域表征手段，如脉冲隔离测量和频率依赖传输测量，系统地研究了反向信号的传输特性。这些表征手段的结合使我们能够全面理解DFB激光器与ULS之间的相互作用，最终验证了ULS在高功率环境下的有效性和可靠性。研究结果显示，ULS的设计能够被动地将DFB激光器的频率噪声降低25–35&thinsp dB，同时实现14&thinsp dB的光学隔离，进而推动了光子器件在激光技术领域的应用。总之，经过多种表征手段的深入分析，本文揭示了高功率激光系统中的频率噪声机制，深入探讨了自注入锁定技术在高功率激光器中的适用性。通过对新型氮化硅材料的表征，制备了具有优异光学性能的新材料，推动了激光器技术的进步。这一研究不仅为光学隔离技术的发展提供了新的思路，也为未来在传感、计量及量子技术等领域的应用奠定了基础。【图文速递】图1: 工作原理。、图2: 隔离与降噪系数noise reduction factor，NRF的权衡。图3: 高Q反馈。图4: 器件性能。【科学启迪】本研究展示了一种新型的片上激光系统，该系统不仅具备窄线宽和内置光学隔离的优势，还克服了以往自注入锁定技术在高功率下失效的问题。这一成果表明，通过合理设计器件拓扑结构，可以实现强反馈与光学隔离的有机结合，从而显著降低激光频率噪声，提高系统的稳定性与可靠性。研究中，制造的氮化硅统一激光稳定器成功地实现了对集成DFB激光器的14&thinsp dB被动隔离，频率噪声降低了25–35&thinsp dB，这为未来的光子集成电路设计提供了新的思路。此外，研究者提出的将ULS作为激光腔内部镜子的设想，进一步推动了低插入损耗、高隔离及窄线宽激光源的开发。这项工作不仅为激光技术的发展注入了新的活力，同时也为量子技术、传感器及计量学等领域的应用提供了潜在的技术路径。原文详情：White, A.D., Ahn, G.H., Luhtaru, R. et al. Unified laser stabilization and isolation on a silicon chip. Nat.Photon. (2024). https://doi.org/10.1038/s41566-024-01539-3

A1260微量残炭测定仪是依据GB/T 17144标准,设计制造的测试仪器，主要用于石油产品残碳含量的测定。仪器特点5英寸TFT彩色触摸屏显示，图像清晰、操作方便。升温、流量自动控制，实时显示实验进程。采用嵌入式操作系统，工作稳定可靠。高温室设计合理，稳定控温。可编辑输入样品管、试样的质量。依据操作，自动计算残炭数值。储存100组历史数据，方便查询。历史数据可以根据日期查询。技术参数测量范围：0.0℃～+1372℃分辨率：0.1℃（0.0℃～999.9℃），1℃ (大于 999.9℃)精　度：0.2％环境温度：≤30℃相对湿度：≤85%储运温度：（-25～55）℃工作电源：AC220V±10%，50Hz功 率：2kw外形尺寸：400mm x360mm x500mm（主机）

p 　　多年来，能装在芯片上的微小超级电容一直广受科学家追捧，决定电容器性能的关键是其电极材料，有潜力的“选手”包括石墨烯、碳化钛和多孔碳等。据德国《光谱》杂志网站近日报道，芬兰国家技术研究中心(VTT)研究团队最近把目光转向了一种“不可能”的弱电材料——多孔硅，为了把它变成强大的电容器，团队创新性地在其表面涂了一层几纳米厚的氮化钛涂层，使其性质得以改变。 /p p 　　该团队负责人麦卡· 普伦尼拉解释说，因化学反应导致的不稳定性和高电阻导致的低功率，不带涂层的多孔硅本是一种极差的电容器电极材料。涂上氮化钛的能提供化学惰性和高导电性，带来了高度稳定性和高功率，且多孔硅有很大的表面积矩阵。 /p p 　　根据荷兰爱思唯尔出版集团《纳米能源》杂志在线发表的论文，新电极装置经13000次充放电循环而没有明显的电容减弱。普伦尼拉说，报告数据受检测时间的限制，而并非电极真实性能。他们继续对其进行充放电循环，至今已达到5万次，甚至在循环中让电极干燥，也没有出现物理损坏或电学性能衰减问题。“超级电容要求稳定地达到10万次循环。目前用多孔硅—氮化钛(Si-TiN)做电极的电容装置能完全稳定地通过5万次测试。” /p p 　　在功率密度和能量密度方面，新电极装置比得上目前最先进的超级电容器。目前由氧化石墨烯/还原氧化石墨烯制造的芯片微电容器功率密度为200瓦/立方厘米，能量密度为2毫瓦时/立方厘米，而新电极装置功率密度达到214瓦/立方厘米，能量密度为1.3毫瓦时/立方厘米。普伦尼拉说，这些数字标志着硅基材料首次达到了碳基和石墨烯基电极方案的标准。 /p p 　　从电子产品的功率稳定器到局部能量采集存储器，芯片超级电容器有着广泛的应用。普伦尼拉说，他们在整体设计中还存在一些难题，每单位面积电容仍需提高，要达到技术许可的最高水平，他们还需进一步研究。 /p p 　　总编辑圈点 /p p 　　日本厨师发现将牛油果加上芥末竟然有了三文鱼的味道。如今，芬兰科学家也玩起了这样混搭的“戏法”——他们给多孔硅穿上一层氮化钛的外衣，尽管这层薄薄的外衣只有几纳米那么厚，却足以改变多孔硅电极的性能。这样的想象力让超级电容器的电极材料又多了一位优质成员，且它给人们的生活带来的改变也许远比一道日本料理大得多!随着芯片技术的广泛应用，希望科学家尽快解决多孔硅电极材料在超小型超级电容器上的设计问题，让这样巧思的发明早日造福人类。 /p p br/ /p