Taajuuskampa, laser ja resonaattori samalle piirille

Columbia Engineeringin tutkijat kertovat rakentaneensa Kerr-tyyppisen taajuuskampageneraattorin, joka ensimmäistä kertaa integroi laserin ja mikroresonaattorin näin keventäen merkittävästi järjestelmän koon ja tehonkäytön vaatimuksia.

Vaikka taajuuskampoja generoivat mikroresonaattorit ovat jo nykyään pieniä. ne tukeutuvat ulkoisiin lasereihin, jotka ovat paljon suurempia, kalliimpia ja tehosyöppöjä.

Columbian tutkijat suunnittelivat laserin siten, että puolet laserkaviteetista rakentuu puolijohteisesta aaltoputkesta ja toinen puoli piinitridistä valmistetusta aaltoputkesta. Ensin mainitulla materiaalilla on suuri optinen vahvistus ja toisella erittäin pieni optinen häviö.

Heidän saavutuksensa osoittivat, että enää ei tarvitse yhdistää erillisiä laitteita kuidun avulla vaan ne voidaan kaikki integroida fotoniikkasiruihin, jotka ovat kompakteja ja energiatehokkaita.

Mikroresonaattorit ovat tyypillisesti pieniä lasista tai piinitridistä valmistettuja pyöreitä levyjä tai renkaita. Taivuttamalla aaltoputki renkaan muotoon luodaan optinen ontelo, jossa valo kiertää useita kertoja, mikä johtaa vahvaan tehon kertymiseen. Kun rengas on oikein suunniteltu, yksitaajuinen pumppulaserin syöttösignaali voi tuottaa kokonaisen taajuuskamman renkaassa.

Columbia Engineeringin ryhmä teki myös toisen tärkeän innovaation: mikroresonaattoreissa, joilla on äärimmäisen alhainen häviö, valo kiertää ja kasvattaa niin vahvan intensiteetin, että he saattoivat nähdä vahvan heijastuksen tulevan takaisin renkaasta.

Tutkijat asettivat mikroresonaattorin suoraan laserkaviteetin reunalle, niin että heijastus sai renkaan toimimaan aivan kuten yksi laserin peileistä ja auttoi pitämään laserin taajuudessaan.

"Joten sen sijaan, että käyttäisimme tavallista ulkoista laseria pumppaamaan taajuuskampaa erillisessä mikroresonaattorissa, meillä on nyt vapaus suunnitella laser, jolla voimme saada laserin ja resonaattorin vuorovaikuttamaan uusilla tavoilla."

Kaikki optiikka sopii millimetrin mittakaavaan, ja tutkijat sanovat, että heidän uusi laite on niin tehokas, että jopa tavallinen AAA-paristo riittää sen käyttämiseksi.

"Niitä voitaisiin käyttää ultra-täsmällisiin optisiin kelloihin, laser-tutka/LIDAR-laitteissa tai spektroskopiassa tunnistaa biologisia tai ympäristön markkereita. Tuomme taajuuskammat pöytätason tutkimuskokeisiin lähemmäksi kannettavia tai jopa puettavia laitteita." kertovat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Solitonista tiedonsiirtoa