Иностранная команда создает более стабильные и эффективные гребенчатые лазеры

Недавно стартап в области лазерных технологий Illumtra объединился с Немецким исследовательским центром электронного синхротрона (DESY) в Гамбурге для успешного сотрудничества в разработке гребенчатого лазера, который будет более стабильным и эффективным по конструкции.
Изюминкой этой разработки является демонстрация микрорезонатора с программируемыми синтезированными отражениями, который обеспечивает индивидуальную обратную связь для управления лазером. Эта технология предлагает значительные преимущества по сравнению с обычными самоинжекционными замками и может быть изготовлена ​​с использованием стандартных методов литографии.
Гребенчатые лазеры способны излучать источники света в широком диапазоне цветов с интервалом частот от 100 ГГц до 1 ТГц. Применение этой технологии имеет большое значение для передачи данных в области оптической связи и искусственного интеллекта.
Преимуществом гребенчатых лазеров является чистота излучаемых ими цветов. В таких приложениях, как оптическая связь, существует потребность в лазере, который может излучать свет нескольких чистых цветов, и гребенчатые лазеры удовлетворяют эту потребность.
Для повышения чистоты гребенчатых лазеров самоинжекционная блокировка стала стандартным методом в отрасли. В этом методе используется кольцевой резонатор для фильтрации шума, заставляет свет отражаться обратно от случайных дефектов внутри кольца посредством обратного рэлеевского рассеяния и вводится обратно в лазер для блокировки.
«Проблема со случайными дефектами заключается в том, что они могут зависеть от цвета, а интенсивность недостаточно сильна и стабильна», — сказал Джон Йост, один из авторов статьи и соучредитель Enlightenment. «Существуют некоторые ограничения, особенно когда мы хотим вернуть больше света в лазер, поскольку это имеет решающее значение для достижения эффективной фиксации инъекции».
Ключевым прорывом в этом исследовании стала разработка специального режима, позволяющего осуществлять направленное обратное рассеяние света внутри кольцевого резонатора. Этот режим оптимизирован специально для определенного цвета, гарантируя, что больше света эффективно направляется обратно в лазер для фиксации инъекции.
Гребенчатые лазеры Illumtra обладают встроенными источниками света, что делает их особенно подходящими для оптических решений ввода-вывода, а также распределенных вычислений и архитектур памяти.
Чтобы проверить его эффективность, авторы провели множество тестов с использованием индивидуальных нанокольцевых резонаторов различной структуры. Они пристыковали полупроводниковый лазерный диод к фотонному чипу со встроенным кольцевым резонатором. Этот метод был проверен в C-диапазоне, но теоретически может быть одинаково эффективным во всех телекоммуникационных диапазонах. Фактический резонатор построен на интегрированном фотонном чипе с использованием технологии кремниевой оболочки и встроен в кольцевой фотонно-кристаллический резонатор из нитрида кремния.
Йост сказал: «Фотонные интегральные схемы, использованные в этой работе, были изготовлены на производственных линиях промышленного уровня, поэтому технология готова к крупномасштабному производству». Далее он отметил: «Эта способность точно контролировать рассеяние света открывает совершенно новый диапазон возможностей для более совершенных разработок, что позволит нам настраивать спектр гребенчатого лазера в соответствии с реальными потребностями, обеспечивая беспрецедентную гибкость».
Лазер можно использовать в идеальном сочетании с широким спектром фотонных интегральных схем, например, для создания быстрых оптических блоков ввода-вывода или оптических программируемых вентильных матриц. Эта технология окажет существенное влияние на приложения с интенсивным использованием данных, например, в области генеративного искусственного интеллекта, а также даст мощный импульс развитию новых вычислительных систем и архитектур памяти.