Strømlinet mikrokam-design giver kontrol med et tryk på en kontakt

Lysmålingsenheder kaldet optiske frekvenskamme har revolutioneret metrologi, spektroskopi, atomure og andre applikationer. Alligevel har udfordringer med at udvikle frekvenskamgeneratorer i mikrochipskala begrænset deres anvendelse i dagligdags teknologier såsom håndholdt elektronik.

I en undersøgelse offentliggjort i Nature Communications , beskriver forskere ved University of Rochester nye mikrokamlasere, de har udviklet, som overvinder tidligere begrænsninger og har et enkelt design, der kan åbne døren til en bred vifte af anvendelser.

Optiske frekvenskamme genererer et lysspektrum, der består af flere sammenhængende stråler, hver indstillet til en anden frekvens eller farve, i jævnt fordelte afstande. Den resulterende form ligner tænderne på en hårkam. I de seneste år har forskere arbejdet på at skabe miniaturiserede versioner af denne teknologi eller mikrokamme, der kan passe på små chips.

Men mens forskerne har gjort fremskridt med at lave prototyper af mikrokamme, har de haft begrænset succes med at producere levedygtige versioner, der kan anvendes i praktiske enheder. Forhindringer omfatter lav strømeffektivitet, begrænset kontrollerbarhed, langsomme mekaniske reaktioner og behovet for sofistikeret systemprækonfiguration.

En forenklet tilgang

Et team af forskere ledet af Qiang Lin, en professor i Rochesters Department of Electrical and Computer Engineering og ved Institute of Optics, skabte en unik tilgang til at løse disse udfordringer i en enkelt enhed.

Ifølge Jingwei Ling, en elektro- og computeringeniør Ph.D. studerende i Lins laboratorium og hovedforfatteren af ​​papiret, er tidligere tilgange sædvanligvis afhængige af en enkelt-bølgelængde-laser injiceret i en ikke-lineær konverter, der kan overføre den enkelte bølgelængde til flere bølgelængder, der danner den optiske kam.

"Vi eliminerede den enkelte bølgelængde, fordi det vil forringe systemets effektivitet," siger Ling. "Vi har i stedet for, at hele kammen bliver forstærket i en feedback-loop inde i systemet, så alle bølgelængderne bliver reflekteret og forstærket inde i et enkelt element."

Enkelheden af ​​"alt i én" mikrokamlaseren resulterer i lavere strømbehov, lavere omkostninger, høj tunerbarhed og en nøglefærdig betjening.

"Det er nemt at betjene," siger medforfatter Zhengdong Gao, også en elektro- og computeringeniør Ph.D. elev i Lins laboratorium. "De tidligere metoder gør det svært at excitere kammen, men med denne metode behøver vi kun at tænde for strømkilden, og vi kan styre kammen direkte."

Der er stadig hindringer for implementering af disse mikrokamlasere, især med udvikling af fremstillingsteknikker til at skabe så små komponenter inden for de tolerancer, der er nødvendige for fremstilling. Men forskerne håber på, at deres enheder kan bruges til applikationer som telekommunikationssystemer og lysdetektion og rækkevidde (LiDAR) til autonome køretøjer.