Вчені з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук розробили перший повністю інтегрований потужний лазер, розміщений на чіпі з ніобату літію. Дослідження опубліковано в журналі Optica.
Команда інженерів під керівництвом професора електротехніки та прикладної фізики Марко Лончара використовувала для свого інтегрованого чіпа невеликі, але потужні лазери з розподіленим зворотним зв’язком.
Дослідники об’єднали лазер з електрооптичним модулятором на 50 ГГц з ніобату літію для створення потужного передавача до 60 мВт у хвилеводах. Лазери розміщуються в невеликих поглибленнях, вигравіруваних на поверхні пластини модулятора.
Телекомунікаційні мережі далекого зв’язку, оптичні з’єднання центрів обробки даних і мікрохвильові фотонні системи використовують лазери в якості основи для передачі даних. У більшості випадків, як відзначають дослідники, лазери являють собою зовнішні стосовно модуляторів пристрою. Така розподілена система дорожча і менш стабільна, ніж інтегрована. Крім того, її складніше масштабувати.
Інтегрована тонкоплівкова фотоніка на ніобаті літію – багатообіцяючий напрямок для реалізації високопродуктивних оптичних систем в масштабі чіпа, відзначають вчені. Вона вже активно використовується в роботі багатьох модуляторів, частотних гребенів і перетворювачів частоти. Однак до теперішнього часу не вдавалося створити на чіпі лазер.
«У цьому дослідженні ми застосували всі прийоми і методи нановиробництва, використані в попередніх розробках в області інтегрованої фотоніки на ніобаті літію, щоб подолати ці проблеми і інтегрувати потужний лазер в тонкоплівкову платформу ніобату літію», — говорить професор Лончар.
Інтеграція тонкоплівкових пристроїв і потужних лазерів, як вважають інженери, відкриває можливість для створення потужних, недорогих і високопродуктивних передавачів і оптичних мереж. Технологія дозволяє розробити потужні телекомунікаційні системи, повністю інтегровані спектрометри та ефективні перетворювачі частоти для квантових мереж.
“Інтеграція високопродуктивних лазерів значно знизить вартість, складність і енергоспоживання майбутніх систем зв’язку — зазначає Амірхассан Шамс-Ансарі, співавтор дослідження. – Це цегла, яку можна інтегрувати в більші оптичні системи різної спрямованості, такі як датчики, лідари і телекомунікаційні мережі».
Вчені продовжать роботу, щоб збільшити потужність лазера і можливості для його застосування в інших сферах.