聲表面波Surface acoustic waves (SAWs)技術支撐著廣泛領域的應用，包括射頻濾波器、化學與生物傳感器、聲光器件、芯片實驗室系統中的微流控聲學操控以及量子聲子學等。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中的應用。

近日，桑迪亞國家實驗室Alexander Wendt，Matt Eichenfield等在Nature上發文，提出了一種全固態、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置直流電注入寬帶半導體增益介質構成，器件面積小于0.15 mm2。

在36 V閾值偏壓以下時，該器件表現為諧振放大器；超過閾值偏壓后，器件呈現自維持相干振蕩、線寬窄化與高輸出功率特性。在1 GHz頻率下，該器件可產生高達-6.1 dBm的連續片上聲輸出功率，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應用和高頻生成的改進架構。

通過詳細建模，還提出了器件性能的優化路徑，包括在10 GHz頻率下，實現了毫赫茲級線寬、高功率效率，以及小于550 μm2的器件面積。該項成果，有助于研發片上超高頻聲表面波源，以及無需外接射頻源的微型化聲表面波系統。

參考文獻： 中國光學期刊網

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