PISA项目：面向工业应用的芯片级激光稳频技术
科技奇谈
PISA项目：面向工业应用的芯片级激光稳频技术
杜伊斯堡，2026年4月21日——以超高精度、微型化与强抗振性为核心特征，弗劳恩霍夫集成电路系统研究所（Fraunhofer IMS）与弗劳恩霍夫硅技术研究所（Fraunhofer ISIT）正联合推进PISA计划。该计划旨在研发一种集成式反馈元件，为超稳窄线宽激光器提供核心支撑。通过将集成光子学（Integrated Photonics）与压电表面声波（Piezoelectric Surface Acoustic Waves, SAW）技术深度融合，研究团队有望突破传统光学平台的体积与稳定性瓶颈，实现量子计算与精密测量场景下的芯片级集成方案，为后续规模化工业部署奠定基础。
在现代光子系统架构中，具备极窄谱宽与高频率稳定性的激光光源已成为关键基石，广泛渗透于量子信息处理、高分辨率光谱分析以及工业精密测量等领域。针对这一需求，双方正式启动PISA「可调谐压电表面声波超窄线宽激光器」联合研发项目，致力于攻克传统分立光学器件在微型化与可靠性方面的技术局限，打造新一代紧凑型激光核心模块。
该项目由弗劳恩霍夫IMS技术部负责人Anna Lena Schall-Giesecke教授博士牵头统筹，德国伊策霍的弗劳恩霍夫ISIT研究所作为核心合作方深度参与。项目获德国联邦研究、技术与太空部（BMFTR）资助，项目编号13N17515，实施周期设定为2026年1月至2028年6月。
PISA计划的核心突破在于将激光器频率稳频的关键功能首次集成于单一芯片。技术路线方面，研发团队选用硅氮化物（Si3N4）光子波导与基于氮化铝钪（AlScN）的压电表面声波结构进行跨界融合。该架构不仅完全兼容标准互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺，具备优异的抗机械振动能力，更为未来低成本、大批量制造提供了可行的工程路径。
针对传统光学系统在量子计算机、光晶格原子钟等尖端场景下面临的体积臃肿、结构复杂及环境敏感等痛点，Schall-Giesecke指出，PISA计划所构建的集成化替代方案，正是为了在保持超高稳频精度的同时，实现系统的小型化与工业级鲁棒性。
面向实际应用场景，该系列组件展现出极高的频率稳定性与快速调控响应能力，特别适用于离子阱量子计算机的控制回路、高精度光谱探测、光学传感网络以及下一代工业测量设备。研发指标显示，目标线宽将控制在1兆赫兹（MHz）左右，较当前主流技术水平实现显著跃升。
除整机集成外，项目孵化的分立功能模块同样具备独立商用潜力。例如，基于表面声波的布拉格反射器、相移器以及幅度调制器等核心单元，可灵活转换为通信系统中的可调谐滤波器或高速光开关元件，进一步拓宽技术外溢空间。
合作联盟内部的技术分工呈现高度互补态势。弗劳恩霍夫IMS主要负责光子学架构设计、多物理场仿真及集成波导结构的流片制造；弗劳恩霍夫ISIT则聚焦氮化铝钪（AlScN）压电薄膜工艺开发及表面声波特性优化。双方技术栈的交叉验证，催生出新型声光耦合系统架构。
作为偏向前置基础研究的阶段性工程，PISA计划为后续产业化跟进项目储备了核心技术基础。研发周期内，技术团队已同步对接多家激光器整机制造商及量子技术终端用户，通过高频次的需求反馈与原型验证，确保实验室成果能够无缝对接未来工业量产标准。
实验室进展与器件表征
在光学实验室的精密光路调试中，研究团队正逐步验证集成光子解决方案在极端稳定环境下的性能边界。通过对可调谐激光器的动态校准，研究人员能够精准表征光子集成波导的传输特性，为后续器件优化提供数据支撑。
图1 弗劳恩霍夫IMS光学实验室内部场景。PISA项目团队正在开发集成光子学解决方案，以实现极高稳定度且紧凑的激光系统架构。（摄影：Judith Büthe/Fraunhofer IMS）
图2 针对光子集成波导特性的表征测试。研究人员利用可调谐激光器对光学元件进行动态调谐与性能评估。（摄影：Fraunhofer IMS）
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