Ny mikrokam kunne hjælpe med at opdage exoplaneter og opdage sygdomme

Små fotoniske enheder kunne bruges til at finde nye exoplaneter, overvåge sundhed, og gøre internettet mere energieffektivt. Forskere fra Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, præsentere nu en spilskiftende mikrokam, der kunne bringe avancerede applikationer tættere på virkeligheden.

En mikrokam er en fotonisk enhed, der er i stand til at generere et utal af optiske frekvenser - farver - på et lille hulrum kendt som en mikroresonator. Disse farver er ensartet fordelt, så mikrokammen opfører sig som en "lineal lavet af lys." Enheden kan bruges til at måle eller generere frekvenser med ekstrem præcision.

I en nylig artikel i tidsskriftet Natur fotonik , otte Chalmers-forskere beskriver en ny slags mikrokam på en chip, baseret på to mikroresonatorer. Den nye mikrokam er en sammenhængende, tunerbar og reproducerbar enhed med op til 10 gange højere nettokonverteringseffektivitet end den nuværende state of the art.

"Grunden til, at resultaterne er vigtige, er, at de repræsenterer en unik kombination af egenskaber, hvad angår effektivitet, lavt strømforbrug, og kontrol, der er uden fortilfælde i marken, " siger Óskar Bjarki Helgason, en ph.d. studerende ved Institut for Mikroteknologi og Nanovidenskab på Chalmers, og førsteforfatter til den nye artikel.

Chalmers-forskerne er ikke de første til at demonstrere en mikrokam på en chip, men de har udviklet en metode, der overvinder flere velkendte begrænsninger på området. Nøglefaktoren er brugen af ​​to optiske hulrum - mikroresonatorer - i stedet for én. Dette arrangement resulterer i de unikke fysiske egenskaber.

Placeret på en chip, den nyudviklede mikrokam er så lille, at den ville passe på enden af ​​et menneskehår. Mellemrummene mellem kammens tænder er meget brede, hvilket åbner store muligheder for forskere og ingeniører.

En bred vifte af potentielle anvendelser

Da næsten enhver måling kan knyttes til frekvens, mikrokammene tilbyder en bred vifte af potentielle anvendelser. De kunne, for eksempel, radikalt reducere strømforbruget i optiske kommunikationssystemer, med snesevis af lasere, der erstattes af en enkelt chip-skala mikrokam i datacenterforbindelser. De kan også bruges i lidar til selvkørende køretøjer, til måling af afstande.

En anden spændende applikation til mikrokamme er kalibrering af spektrografer, der bruges i astronomiske observatorier, der er viet til opdagelsen af ​​jordlignende exoplaneter. Ekstremt nøjagtige optiske ure og sundhedsovervågningsapps til mobiltelefoner er yderligere muligheder. Ved at analysere sammensætningen af ​​udåndingsluft, klinikere kunne potentielt diagnosticere sygdomme på tidligere stadier.

"For at teknologien skal være praktisk og finde dens anvendelse uden for laboratoriet, vi er nødt til at samintegrere yderligere elementer med mikroresonatorerne, såsom lasere, modulatorer og styreelektronik. Dette er en kæmpe udfordring, som kræver måske fem til 10 år og en investering i ingeniørforskning. Men jeg er overbevist om, at det vil ske, " siger Victor Torres Company, der leder forskningsprojektet på Chalmers. Han fortsætter:

"De mest interessante fremskridt og applikationer er dem, vi ikke engang har tænkt over endnu. Dette vil sandsynligvis blive muliggjort af muligheden for at have flere mikrokamme på den samme chip. Hvad kan vi opnå med snesevis af mikrokamme, som vi ikke kan gøre med én ?"