Микрокольцевые устройства для будущих оптических технологий

Исследователи из Университета Пердью и NIST создали устройство достаточно маленькое, чтобы встроить в компьютерный чип, которое преобразует непрерывное лазерное излучение в серию сверхкоротких импульсов. Такая технология может найти применение в более совершенных датчиках, телекоммуникационных системах и лабораторных приборах.

«Эти импульсы следуют с очень высокой частотой, около сотен миллиардов в секунду», – сказал проф. Эндрю Вайнер (Andrew Weiner).

Тонкие микрокольцевые резонаторы размером около 80 мкм изготавливаются из нитрида кремния, который совместим с кремниевыми материалами, широко используемыми в электронике. Инфракрасный луч от лазера попадает в чип по оптическому кабелю и направляется по волноводу в микрокольцевые резонаторы. Частотный спектр состоит из гребенчатых линий.

Точно управляя частотой зубцов, исследователи надеются создать более совершенные оптические датчики для определения и измерения опасных веществ и загрязнений, сверхчувствительные спектроскопы для исследований и оптические системы связи, которые передают большие объемы данных с лучшим качеством и увеличенной полосой пропускания. Гребенчатая технология также перспективна для генерирования широкополосных электрических сигналов с возможным применением в беспроводной связи и радиолокации.

Говоря о свойствах используемого одночастотного лазера, проф. Вайнер заметил, что это очень распространенный тип лазера с постоянной интенсивностью излучения. В микрокольцах свет приобретает гребенчатый спектр, состоящий из множества частот с равными интервалами между зубцами. Микрокольцевой генератор может служить конкурирующей технологией специальному типу лазера с синхронизацией мод, который излучает короткие импульсы на многих частотах. Одним из преимуществ микроколец является их очень малый размер.

«Для получения гребенчатого спектра очень важна нелинейность взаимодействия, – сказал аспирант Фамида Фердус (Fahmida Ferdous). – При наличии нелинейности мы получаем гребни из многих частот, включая и первоначальную».

Хотя другие исследователи ранее демонстрировали гребенчатую технологию, но команда проф. Вайнера первой получила ее с использованием «технологии оптически произвольной формы волны», впервые предложенной учеными из Пердью.

Микрокольцевой изолятор (слева) и выгравированная структура, которая вмещает оптический кабель, ведущий в устройство (справа)

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365