Laser integroitu litiumniobaattisirulle

14.04.2022

Harvard-litium-niobaatti-laser-250-t.pngSirulla 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.

Harvard-litiumniobaatti-Nanjing-clad-225-t.pngNyt 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

12.07.2024Hyönteisistä inspiroidut liiketunnistin ja logiikka
08.07.2024Kvanttiannealaari parantaa ymmärrystä kvanttimonikehojärjestelmistä
05.07.2024Hyönteisten lennon salaperäinen mekaniikka
01.07.2024Eksitonit mahdollistavat erittäin ohuen linssin
28.06.2024Luontoa tarkkaillen
27.06.2024Uusi fysikaalinen ilmiö kahden erilaisen materiaalin rajapinnassa
20.06.2024Perovskiiteistä 1D-nanolankoja ja topologisia polaroneita
19.06.2024Täysin optinen fotonisiru tunnistaa ja käsittelee
19.06.2024Uusia toiveita sinkki-ilma akuille
17.06.2024Elektroneille viisikaistainen supervaltatie

Siirry arkistoon »