Іноземна команда створює стабільніші й ефективніші гребінчасті лазери

Нещодавно стартап illumtra, що займається лазерними технологіями, об’єднався з Німецьким дослідницьким центром електронного синхротрона (DESY) у Гамбурзі, щоб успішно співпрацювати над розробкою гребінчастого лазера, який є більш стабільним і ефективним за дизайном.
Основним моментом цієї розробки є демонстрація мікрорезонатора з програмованими синтезованими відображеннями, який забезпечує налаштований ін’єкційний зворотний зв’язок для керування лазером. Ця технологія пропонує значні переваги перед звичайними замками з самовприскуванням і може бути виготовлена ​​за допомогою стандартних методів літографії.
Гребінчасті лазери здатні випромінювати джерела світла в широкому діапазоні кольорів із діапазоном частот від 100 ГГц до 1 ТГц. Застосування цієї технології має велике значення для передачі даних у сферах оптичного зв’язку та штучного інтелекту.
Перевагою гребінчастих лазерів є чистота випромінюваних ними кольорів. У таких сферах застосування, як оптичний зв’язок, існує потреба в лазері, який може випромінювати кілька чистих кольорів світла, і гребінчасті лазери задовольняють цю потребу.
Щоб підвищити чистоту гребінчастих лазерів, блокування самоін’єкції стало стандартним методом у галузі. У цьому методі використовується кільцевий резонатор для фільтрації шуму, змушує світло відбиватися від випадкових дефектів усередині кільця через зворотне розсіювання Релея та вводиться назад у лазер для блокування.
«Проблема покладатися на випадкові дефекти полягає в тому, що вони можуть залежати від кольору, а інтенсивність недостатньо сильна та стабільна», — сказав Джон Джост, один із авторів статті та співзасновник Enlightenment. «Є деякі обмеження, особливо коли ми хочемо повернути більше світла в лазер, оскільки це критично важливо для досягнення ефективного блокування ін’єкції».
Ключовим проривом у цьому дослідженні стала розробка спеціального режиму, який дозволяє здійснювати направлене зворотне розсіювання світла всередині кільцевого резонатора. Цей режим оптимізований спеціально для певного кольору, гарантуючи, що більше світла ефективно надсилається назад до лазера для блокування ін’єкції.
Гребінчасті лазери Illumtra мають інтегровані можливості джерела світла, що робить їх особливо придатними для оптичних рішень введення/виведення та архітектур розподілених обчислень і пам’яті.
Щоб підтвердити його ефективність, автори провели ряд тестів, використовуючи індивідуальні нанокільцеві резонатори з різними структурами. Вони приєднали напівпровідниковий лазерний діод до фотонного чіпа з вбудованим кільцевим резонатором. Техніка була перевірена в C-діапазоні, але теоретично може бути однаково ефективною в усіх телекомунікаційних діапазонах. Фактичний резонатор побудований на інтегрованому фотонному чіпі з використанням технології кремнієвої оболонки та вбудований кільцевий фотонно-кристалічний резонатор із нітриду кремнію.
Йост сказав: «Фотонні інтегральні схеми, використані в цій роботі, були виготовлені на промислових виробничих лініях, тому технологія готова до великомасштабного виробництва». Він також зазначив: «Ця здатність точно контролювати розсіювання світла відкриває цілий ряд нових можливостей для більш просунутих конструкцій, що дозволить нам налаштувати спектр гребінчастого лазера відповідно до потреб реального світу, забезпечуючи безпрецедентну гнучкість».
Лазер можна використовувати в ідеальній комбінації з широким спектром фотонних інтегральних схем, наприклад, для побудови швидких оптичних блоків вводу/виводу або програмованих оптичним полем вентильних матриць. Технологія матиме значний вплив на додатки з великим об’ємом даних, наприклад у сфері генеративного штучного інтелекту, а також дасть сильний поштовх для розробки нових обчислювальних систем і архітектур пам’яті.