Laser integroitu litiumniobaattisirulle

Sirulla oleva laser yhdistetään 50 gigahertsin sähköoptiseen litiumniobaattimodulaattoriin suuritehoisen lähettimen rakentamiseksi.

Kaikista integroitujen litiumniobaattifotonipiirien viimeaikaisista edistysaskeleista huolimatta yksi suuri komponentti on pysynyt turhauttavan vaikeasti integroitavissa: laserit.

Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) -tutkijat yhteistyössä teollisuuskumppaneiden kanssa ovat kehittäneet ensimmäisen täysin integroidun suuritehoisen laserin litiumniobaattisirulle, mikä tasoittaa tietä suuritehoisiin tietoliikennejärjestelmiin, muun muassa täysin integroidut spektrometrit, optinen kaukokartoitus ja tehokas taajuusmuunnos kvanttiverkkoja varten.

"Integroitu litiumniobaattifotoniikka on lupaava alusta korkean suorituskyvyn sirumittakaavaisten optisten järjestelmien kehittämiselle, mutta laserin saaminen litiumniobaattisirun päälle on osoittautunut yhdeksi suurimmista suunnitteluhaasteista", sanoo Marko Loncar, SEAS:n sähkötekniikan ja soveltavan fysiikan professori ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja.

Loncar ja hänen tiiminsä sovelsivat pieniä mutta tehokkaita hajautettuja takaisinkytkentä lasereita integroidussa sirussaan. Sirulla laserit sijaitsevat pienissä kaivoissa tai kaivanteissa, jotka on syövytetty litiumniobaattiin ja tuottavat jopa 60 milliwattia optista tehoa samalle alustalle valmistetuissa aaltoputkissa.

Yhdistämällä ohutkalvoisia litiumniobaattilaitteita suuritehoisiin lasereihin teollisuusystävällisellä prosessilla, tämä tutkimus on tärkeä askel kohti suuria, edullisia ja tehokkaita lähetinryhmiä ja optisia verkkoja.

Seuraavaksi tiimi pyrkii lisäämään laserin tehoa ja skaalautuvuutta entistä useammille sovelluksille. Harvardin teknologiakehitystoimisto on suojellut immateriaalioikeuksia, jotka syntyvät Loncar Labin litiumniobaattijärjestelmien innovaatioista.

Aaltoputkia ilman suojakerrosta

Fotoniikkapiirien toteuttaminen vaatii fotonisten aaltoputkien miniatyrisoimista mutta kaikki tähän mennessä suunnitellut fotoniset aaltojohteet vaativat suojakerroksia, jotka erottavat vierekkäiset kanavat toisistaan fyysisesti. Tämä on asettanut perustavanlaatuisen rajan fotonipiirien miniatyrisoinnille.

Nyt Yun Lai Nanjingin yliopistosta Kiinasta ja hänen kollegansa raportoivat esitelleensä aaltojohdemekanismia, joka eliminoi ylikuulumisen estävän suojakerrosten tarpeen fotonipiireissä. Jokainen kerros tutkijoiden aaltoputkessa toimi samanaikaisesti sekä informaatiokanavana että tehokkaana suojakerroksena.

Muutamia tämän fotonikiteeseen tukeutuvan tekniikan rajoituksia on vielä tutkittava sillä demonstraatiot tehtiin nyt mikroaaltotaajuuksilla. Tästä huolimatta tämä tutkimus on selvästi kumonnut aalto-ohjausfysiikassa pitkään vallinneen periaatteen, jonka mukaan suojakerrokset ovat välttämättömiä ohjatulle valon etenemiselle.

Aiheista aiemmin:

Vaihtaa värejä sirufotoniikalla

Taajuuskampa, laser ja resonaattori samalle piirille

Negatiivista massaa ja neliulotteista fysiikkaa