科学家们建立了迄今为止最小的光学频率梳

科学家们建立了迄今为止最小的光学频率梳

光学频率梳是一种激光源,其频谱由一系列离散的等间距频率线组成,可用于精确测量。在过去的二十年中,它们已经成为诸如精确距离测量、光谱学和电信等应用的主要工具。

图片说明:来自EPFL和俄罗斯量子中心的科学家们已经建立了一个光子集成、紧凑和便携式孤子微MB源。该装置的尺寸小于1立方厘米,由一个芯片上的磷化铟激光器驱动,该激光器的功耗小于1瓦。它可用于激光雷达、数据中心互连,甚至卫星。

大多数商用的基于锁模激光器的光学频率梳源体积大且价格昂贵,限制了它们在大体积和便携式应用中的应用潜力。尽管在2007年首次展示了使用微谐振器的芯片级光学频率梳,但高材料损耗和复杂激励机制阻碍了完全集成的形式。

由EPFL的Tobias J.Kippenberg和俄罗斯量子中心的Michael L.Gorodetsky领导的研究小组现在已经利用芯片级磷化铟激光二极管和硅微谐振器,建立了一个以88 GHz重复率工作的集成孤子微MB。该装置的尺寸只有1立方厘米,是迄今为止同类装置中最小的。

氮化硅微谐振器是利用获得专利的光子大马士革回流工艺制造的,该工艺在集成光子学中产生前所未有的低损耗。这些超低损耗波导在基于芯片的激光二极管和激发耗散克尔孤子状态所需的功率级之间架起桥梁,而耗散克尔孤子状态是产生光学频率梳的基础。

该方法使用市售的基于芯片的磷化铟激光器,而不是传统的大宗激光模块。在报告的工作中,由于微谐振器的固有散射,一小部分激光被反射回激光器。这种直接反馈有助于稳定激光器和产生孤子梳。这表明,谐振器和激光器都可以集成在一个芯片上,比过去的技术有了独特的改进。

Kippenberg说:“人们对电驱动的、能够完全集成在光子上以满足下一代应用,特别是激光雷达和数据中心信息处理的光学频率梳状光源有很大的兴趣。”这不仅代表了耗散克尔孤子领域的技术进步,而且提供了对其非线性动力学以及腔的快速反馈的洞察。

整个系统体积小于1cm3,可电气控制。该研究的主要作者、博士生Arslan Sajid Raja说:“紧凑、易于调整的方法、低成本和低重复率的操作使这个微型计算机系统成为大量可制造应用的热点。”它的主要优点是快速的光学反馈,从而消除了对有源电子或任何其他片上调谐机制的需要。

科学家们现在的目标是演示一种集成光谱仪和多波长源,并进一步改进制造工艺和集成方法,以推动微波重复率的微束源。

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