Алмазный резонатор позволил создать Рамановский лазер на чипе

Синтетические монокристаллы алмаза, благодаря гигантскому комбинационному смещению (эффект стимулированного рассеяния Рамана), большому окну прозрачности и отличным температурным свойствам, с недавнего времени считают перспективной платформой для лазеров, работающих на экзотических длинах волн.

Если в материал закачано достаточно много оптической энергии, небольшая часть фотонов передает свою энергию вибрациям атомной решётки, из-за чего происходит понижение частоты света на фиксированную величину. В комбинации с резонатором — устройством, захватывающим и удерживающим свет на короткий промежуток времени, это позволяет создать Рамановский лазер.

До сих пор, однако, такие алмазные лазеры состояли из объёмных пластин, помещаемых в макроскопические полости, требовали тщательной юстировки и имели высокую пороговую мощность.

Инженерная команда из Гарварда сообщила в журнале Optica о разработке конструкции Рамановского лазера, достаточно миниатюрной, чтобы её можно было использовать в фотонном чипе. Описанный в статье прототип излучал на длине волны почти 2 микрона, т. е. в рабочей полосе оптических сетей следующего поколения. Кроме того, используя для накачки разные лазеры, излучение можно транслировать на другие участки оптического диапазона.

Современные интегрированные на чип лазеры, используемые в коммуникациях, работают в узком отрезке длин волн в районе 1,55 микрон, что накладывает жёсткие ограничения на пропускную способность оптоволоконных линий.

При изготовлении микрорезонатора, авторы прикрепляли к поверхности кремниевого чипа алмазную плёнку. Методом электроннолучевой литографии рисовали нужную конфигурацию и затем, кислородной плазмой, её вырезали. Кислород взаимодействовал с углеродом алмазной решётки с получением углекислого газа, который, улетучиваясь, оставлял на кремнии структуру кругового резонатора.

«Производственный процесс достаточно прост и позволяет получать резонаторы различных форм и размеров, легко интегрируемых с существующими оптоэлектронными технологиями», — отметил один из авторов статьи, Павел Латавец (Pawel Latawiec).

Продемонстрированный чип потребляет намного меньше энергии и имеет самую большую длину излучения, чем все интегрируемые Рамановские лазеры, известные до сих пор.