Zahraničný tím vyrába stabilnejšie a efektívnejšie hrebeňové lasery

Nedávno sa startup illumtra s laserovou technológiou spojil s nemeckým výskumným centrom pre elektrónový synchrotrón (DESY) v Hamburgu, aby úspešne spolupracovali na vývoji hrebeňového lasera, ktorý je dizajnovo stabilnejší a efektívnejší.
Vrcholom tohto vývoja je demonštrácia mikrorezonátora s programovateľnými syntetizovanými odrazmi, ktoré poskytujú prispôsobenú spätnú väzbu vstrekovania na riadenie lasera. Táto technológia ponúka významné výhody oproti konvenčným samoinjekčným zámkom a môže byť vyrobená pomocou štandardných litografických techník.
Hrebeňové lasery sú schopné vyžarovať svetelné zdroje v širokom rozsahu farieb s frekvenčným odstupom od 100 GHz do 1 THz. Aplikácia tejto technológie má veľkú hodnotu pre prenos dát v oblasti optickej komunikácie a umelej inteligencie.
Výhodou hrebeňových laserov je čistota farieb, ktoré vyžarujú. V aplikáciách, ako je optická komunikácia, existuje potreba lasera, ktorý môže vyžarovať viacero čistých farieb svetla a hrebeňové lasery túto potrebu spĺňajú.
Na zlepšenie čistoty hrebeňových laserov sa samoinjekčné uzamknutie stalo štandardnou metódou v tomto odvetví. Táto metóda využíva prstencový rezonátor na odfiltrovanie šumu, spôsobí, že svetlo sa odrazí späť od náhodných defektov v prstenci prostredníctvom Rayleighovho spätného rozptylu a vstrekne sa späť do lasera na uzamknutie.
„Problém pri spoliehaní sa na náhodné defekty je v tom, že môžu závisieť od farby a intenzita nie je dostatočne silná a stabilná,“ povedal John Jost, jeden z autorov článku a spoluzakladateľ organizácie Enlightenment, „Existujú určité obmedzenia, najmä keď chceme do lasera vrátiť viac svetla, pretože je to nevyhnutné na dosiahnutie účinného zaistenia injekcie."
Kľúčovým prelomom v tomto výskume bol návrh špeciálneho režimu, ktorý umožňuje smerový spätný rozptyl svetla v prstencovom rezonátore. Tento režim je optimalizovaný špeciálne pre konkrétnu farbu, čím sa zabezpečuje, že viac svetla sa efektívne posiela späť do lasera na uzamknutie injekcie.
Hrebeňové lasery Illumtra majú integrované možnosti svetelného zdroja, vďaka čomu sú obzvlášť vhodné pre optické I/O riešenia a distribuované výpočtové a pamäťové architektúry.
Na overenie jeho účinnosti autori vykonali rôzne testy s použitím prispôsobených nanokruhových rezonátorov s rôznymi štruktúrami. Polovodičovú laserovú diódu pripojili k fotonickému čipu s integrovaným prstencovým rezonátorom. Technika bola overená v C-pásme, ale teoreticky by mohla byť rovnako účinná vo všetkých telekomunikačných pásmach. Skutočný rezonátor je postavený na integrovanom fotonickom čipe pomocou technológie kremíkového povlaku a je osadený prstencovým rezonátorom fotonického kryštálu z nitridu kremíka.
Jost povedal: "Fotonické integrované obvody použité v tejto práci boli vyrobené na výrobných linkách priemyselnej kvality, takže technológia je pripravená na výrobu vo veľkom meradle." Ďalej poznamenal: "Táto schopnosť presne kontrolovať rozptyl svetla otvára úplne novú škálu možností pre pokročilejšie návrhy, čo nám umožní prispôsobiť spektrum hrebeňového lasera tak, aby vyhovovalo skutočným potrebám, čo umožňuje bezprecedentnú flexibilitu."
Laser je možné použiť v perfektnej kombinácii so širokou škálou fotonických integrovaných obvodov, ako je napríklad budovanie rýchlych optických I/O jednotiek alebo optických polí programovateľných hradlových polí. Táto technológia bude mať významný vplyv na dátovo náročné aplikácie, napríklad v oblasti generatívnej umelej inteligencie, a tiež poskytne silný impulz pre vývoj nových výpočtových a pamäťových architektúr.