Microcomb-injiceret, pulserende lasere som variable mikrobølgegear

Mikrobølgesignaler med lav støj er af afgørende betydning i adskillige applikationer, såsom højhastigheds-telekommunikation og ultrahurtig databehandling. Konventionelt, sådanne signaler genereres med voluminøse og delikate mikrobølgeoscillatorer, der ikke er egnede til udendørs applikationer. Men for nylig, fysikere har udforsket et muligt alternativ:højkvalitets mikrobølgegenerering ved hjælp af optiske mikroresonatorfrekvenskamme.

Stoler på laserfelternes høje optiske frekvens og spektrale renhed, optiske mikroresonatorer kan generere støjsvage mikrobølger på en kompakt og effektiv måde. Men en mikroresonator kan normalt kun generere mikrobølger med meget begrænset frekvensindstilling. Årsagen er, at mikrobølgefrekvensen afhænger af resonatorens størrelse, som ikke i sig selv er meget tunerbar.

Udgiver i Videnskabens fremskridt , forskere ved Tobias Kippenbergs laboratorium ved EPFL, Trinity College Dublin (TCD), og Dublin City University (DCU) har nu udviklet en ny teknik til at generere variable støjsvage mikrobølger med en enkelt optisk mikroresonator.

Fremgangsmåden injicerer en mikroresonatorfrekvenskam i en kompakt laser, hvis intensitet moduleres af en hyldevare mikrobølgeoscillator. Ved at tvinge modulationsfrekvensen til tæt at følge en subharmonisk frekvens af mikrobølgen produceret af mikroresonatorfrekvenskammen, holdet har med succes genereret nye mikrobølger, hvis frekvenser kan varieres betydeligt.

Ud over, de nyligt genererede mikrobølger viser meget lavere fase-støjniveauer end dem for en mikroresonator frekvens kamoscillator og hylde mikrobølgeoscillatorer. Denne mekanisme, kaldet frekvensdeling, bruges til at overføre frekvensrenheden af ​​et optisk signal til mikrobølgedomænet.

Den udviklede teknik muliggør overførsel af spektral renhed mellem forskellige mikrobølgesignaler. "Traditionelt set at udføre perfekt mikrobølgefrekvensopdeling på en variabel måde har ikke været let, " forklarer Dr. Wenle Weng, der ledede undersøgelsen. "Takket være den hurtigt modulerede halvlederlaser udviklet af vores kolleger på TCD og DCU, nu kan vi opnå dette ved hjælp af en billig fotodetektor og et moderat kontrolsystem." Halvlederlaseren genererer også en sekundær frekvenskam med mere fortættede spektralemissioner, der kan være nyttige i mange spektroskopiske applikationer.

Nøglekomponenterne i opsætningen af ​​proof-of-concept-eksperimentet, inklusive mikroresonatoren og halvlederlaseren, er diskrete og forbundet med lange fibre. Teamet arbejder nu på at integrere og avanceret pakke enheden. Med evnen til at blive miniaturiseret og masseproduceret, en variabel mikrobølgeoscillator og frekvenskamgenerator som det kan revolutionere det nuværende stigende marked for bærbare støjsvage mikrobølge- og frekvenskamkilder.