Zespół zagraniczny buduje bardziej stabilne i wydajne lasery grzebieniowe

Niedawno start-up zajmujący się technologią laserową illumtra nawiązał współpracę z Niemieckim Centrum Badawczym Synchrotronu Elektronowego (DESY) w Hamburgu, aby pomyślnie współpracować nad opracowaniem lasera grzebieniowego, który jest bardziej stabilny i wydajny pod względem konstrukcyjnym.
Najważniejszym elementem tego opracowania jest demonstracja mikrorezonatora z programowalnymi, syntetyzowanymi odbiciami, który zapewnia dostosowane do indywidualnych potrzeb sprzężenie zwrotne wtrysku do napędzania lasera. Technologia ta oferuje znaczną przewagę nad konwencjonalnymi zamkami samowtryskowymi i może być wytwarzana przy użyciu standardowych technik litograficznych.
Lasery grzebieniowe mogą emitować źródła światła w szerokiej gamie barw z odstępami częstotliwości od 100 GHz do 1 THz. Zastosowanie tej technologii ma ogromne znaczenie w transmisji danych w dziedzinie komunikacji optycznej i sztucznej inteligencji.
Zaletą laserów grzebieniowych jest czystość emitowanych przez nie kolorów. W zastosowaniach takich jak komunikacja optyczna istnieje zapotrzebowanie na laser, który może emitować wiele czystych kolorów światła, a lasery grzebieniowe spełniają to zapotrzebowanie.
Aby poprawić czystość laserów grzebieniowych, samowtryskowe blokowanie stało się standardową metodą w branży. Metoda ta wykorzystuje rezonator pierścieniowy do filtrowania szumów, powoduje, że światło odbija się od przypadkowych defektów w pierścieniu w wyniku rozproszenia wstecznego Rayleigha i jest wstrzykiwane z powrotem do lasera w celu zablokowania.
„Problem z poleganiem na przypadkowych defektach polega na tym, że mogą one zależeć od koloru, a intensywność nie jest wystarczająco silna i stabilna” – powiedział John Jost, jeden z autorów artykułu i współzałożyciel Enlightenment. „Istnieją pewne ograniczenia, zwłaszcza gdy chcemy ponownie skierować więcej światła do lasera, ponieważ ma to kluczowe znaczenie dla uzyskania skutecznej blokady wtrysku.”
Kluczowym przełomem w tych badaniach było zaprojektowanie specjalnego trybu, który pozwala na kierunkowe rozpraszanie wsteczne światła w rezonatorze pierścieniowym. Tryb ten jest zoptymalizowany specjalnie pod kątem konkretnego koloru, dzięki czemu więcej światła jest skutecznie wysyłane z powrotem do lasera w celu zablokowania wtrysku.
Lasery grzebieniowe firmy Illumtra mają zintegrowane źródła światła, dzięki czemu szczególnie nadają się do optycznych rozwiązań we/wy oraz rozproszonych architektur obliczeniowych i pamięci.
Aby potwierdzić jego skuteczność, autorzy przeprowadzili szereg testów, korzystając z niestandardowych rezonatorów nanopierścieniowych o różnych strukturach. Zadokowali półprzewodnikową diodę laserową do chipa fotonicznego ze zintegrowanym rezonatorem pierścieniowym. Technika została sprawdzona w paśmie C, ale teoretycznie może być równie skuteczna we wszystkich pasmach telekomunikacyjnych. Rzeczywisty rezonator jest zbudowany na zintegrowanym chipie fotonicznym wykorzystującym technologię okładzin krzemowych i osadzony w rezonatorze pierścieniowym z kryształu fotonicznego z azotku krzemu.
Jost powiedział: „Fotoniczne układy scalone użyte w tej pracy zostały wyprodukowane na liniach produkcyjnych klasy przemysłowej, dzięki czemu technologia jest gotowa do produkcji na dużą skalę”. Następnie zauważył: „Ta zdolność do precyzyjnego kontrolowania rozpraszania światła otwiera zupełnie nowy zakres możliwości dla bardziej zaawansowanych projektów, co pozwoli nam dostosować widmo lasera grzebieniowego do rzeczywistych potrzeb, zapewniając niespotykaną elastyczność”.
Lasera można używać w doskonałej kombinacji z szeroką gamą fotonicznych układów scalonych, na przykład do budowy szybkich optycznych jednostek we/wy lub optycznych układów bramek programowalnych w polu optycznym. Technologia ta będzie miała znaczący wpływ na zastosowania intensywnie przetwarzające dane, np. w dziedzinie generatywnej sztucznej inteligencji, a także zapewni silny impuls do rozwoju nowych architektur obliczeniowych i pamięci.