片上,电子可调频率梳

片上,电子可调频率梳

从现代通讯和连接到生物医药和制造业,激光在所有领域都发挥着至关重要的作用。然而,许多应用需要能够同时发射多个频率的彩色光的激光器,每一个都像梳子上的牙齿一样精确地分开。

图像说明:一个新的集成电光频率梳可以使用微波信号进行调整,允许梳的特性,包括带宽、齿间距、线的高度以及哪些频率是开和关独立控制。它可以用于许多应用,包括光通信。(图片由第二湾工作室/哈佛海提供)

光学频率梳用于环境监测,以检测分子的存在,如毒素;在天文学中用于寻找系外行星;在精密计量学和计时中。然而,它们仍然体积庞大,价格昂贵,这限制了它们的应用。因此,研究人员开始探索如何将这些光源小型化,并将其集成到芯片上,以解决更广泛的应用,包括电信、微波合成和光学测距。但到目前为止,片上频率梳一直在努力提高效率、稳定性和可控性。

现在,来自哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)和斯坦福大学的研究人员已经开发出一种集成的片上频率梳,这种梳子利用微波进行高效、稳定和高度可控。

“在光通信中,如果你想通过一根小的光纤电缆发送更多的信息,你需要有不同颜色的光,这些光可以独立控制,”海洋电力工程的田蔡林教授和这项研究的高级作者之一Marko Loncar说。这意味着你要么需要100个单独的激光器,要么需要一个频率梳。我们开发了一种优雅、节能、综合的频率梳来解决这个问题。”

Loncar和他的团队开发了使用Nioite锂的频率梳,这种材料以其电光特性闻名,这意味着它可以有效地将电子信号转换成光信号。由于锂铌铁矿具有很强的电光特性,该团队的频率梳跨越了整个电信带宽,并显著提高了可调性。

“以前的片上频率梳只给了我们一个调谐旋钮,”合著者之一,现任超轻型公司首席执行官,曾是SEAS的博士后研究员的张勉说。“这就像一台电视,频道按钮和音量按钮是一样的。如果你想换频道,你最后也要换音量。利用铌酸锂的电光效应,我们有效地分离了这些功能,现在对它们有了独立的控制。”

这是使用微波信号完成的,允许梳子的特性,包括带宽、齿间距、线的高度以及哪些频率是开着和关着的,可以独立调节。

“现在,我们可以很简单地用微波控制梳子的性能,”Loncar说,“这是光学工具箱中的另一个重要工具。”

“这些紧凑的频率梳特别有希望成为数据中心光通信的光源,”斯坦福大学电气工程教授、该研究的另一位资深作者约瑟夫·卡恩说。“在一个数据中心中,一个仓库大小的建筑包含了数千台计算机,光链路形成了一个网络,将所有计算机连接起来,这样它们就可以一起完成大规模的计算任务。频率梳通过提供许多不同颜色的光,可以使许多计算机相互连接并交换大量数据,满足未来数据中心和云计算的需求。”

哈佛技术发展办公室保护了与本项目有关的知识产权。该研究还得到了OTD的物理科学和工程加速器的支持,该加速器为研究项目提供翻译资金,这些项目显示出潜在的重大商业影响。

本研究由布兰登·布斯卡诺、程旺、阿米拉桑·沙姆斯·安萨里、克里斯蒂安·雷默和朱荣融合著。它由国家科学基金会、哈佛大学科技发展办公室的物理科学和工程加速器和脸谱网公司支持。

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