Forskere bygger den mindste optiske frekvenskam til dato

Optiske frekvenskamme er laserkilder, hvis spektrum består af en række diskrete, lige store frekvenslinjer, der kan bruges til præcise målinger. I de sidste to årtier har de er blevet et vigtigt værktøj til applikationer såsom præcis afstandsmåling, spektroskopi, og telekommunikation.

De fleste af de kommercielt tilgængelige optiske frekvenskammekilder baseret på mode-lock lasere er store og dyre, begrænser deres potentiale for brug i store mængder og bærbare applikationer. Selvom chipskalaversioner af optiske frekvenskamme ved hjælp af mikroresonatorer først blev demonstreret i 2007, en fuldt integreret form er blevet forhindret af høje materialetab og komplekse excitationsmekanismer.

Forskningsteam under ledelse af Tobias J. Kippenberg ved EPFL og Michael L. Gorodetsky ved Russian Quantum Center har nu bygget en integreret soliton-mikrokam, der opererer med en gentagelseshastighed på 88 GHz ved hjælp af en indiumphosphid-laserdiode i chipskala og siliciumnitrid (Si ₃ N ₄ ) mikroresonator. På kun en kubikcentimeter i størrelse, enheden er den mindste af sin art til dato.

Siliciumnitrid (Si ₃ N ₄ ) mikroresonator er fremstillet ved hjælp af en patenteret fotonisk Damascene -genstrømningsproces, der giver hidtil uset lave tab i integreret fotonik. Disse bølgeledere med meget lavt tab bygger bro mellem den chipbaserede laserdiode og de krævede effektniveauer for at ophidse de afledende Kerr soliton-tilstande, som ligger til grund for frembringelsen af ​​optiske frekvenskamme.

Metoden anvender kommercielt tilgængelige chipbaserede indiumphosphidlasere i modsætning til konventionelle bulklasermoduler. I det rapporterede arbejde, en lille del af laserlyset reflekteres tilbage til laseren på grund af iboende spredning fra mikroresonatoren. Denne direkte feedback hjælper med at både stabilisere laseren og generere soliton -kam. Dette viser, at både resonator og laser kan integreres på en enkelt chip, der tilbyder en unik forbedring i forhold til tidligere teknologi.

"Der er en betydelig interesse for optiske frekvenskammekilder, der er elektrisk drevne og kan integreres fuldt ud fotonisk for at imødekomme kravene fra næste generations applikationer, især LIDAR og informationsbehandling i datacentre, "siger Kippenberg." Dette repræsenterer ikke kun et teknologisk fremskridt inden for afledende Kerr -solitoner, men giver også et indblik i deres ikke -lineære dynamik, sammen med hurtig feedback fra hulrummet. "

Hele systemet kan passe ind i et volumen på mindre end 1 cm3 og kan styres elektrisk. "Kompaktheden, let tuning metode, lave omkostninger og lav gentagelseshastighed gør dette mikrokombinsystem interessant for masseproducerende applikationer, "siger ph.d. -studerende Arslan Sajid, undersøgelsens hovedforfatter. "Dens største fordel er hurtig optisk feedback, hvilket eliminerer behovet for aktiv elektronisk eller anden tuning-mekanisme på chip. "

Forskerne har nu til formål at demonstrere et integreret spektrometer og en multi-bølgelængdekilde og forbedre fremstillingsprocessen og integrationsmetoden yderligere for at skubbe mikrokombikilden til en mikrobølge gentagelseshastighed.