Несмотря на все последние достижения в области интегрированных фотонных схем на ниобате лития — от частотных гребенок до частотных преобразователей и модуляторов — один большой компонент остается невероятно сложным для интеграции: лазеры.
Телекоммуникационные сети дальней связи, оптические межсоединения центров обработки данных и микроволновые фотонные системы — все они полагаются на лазеры для создания оптической несущей, используемой при передаче данных. В большинстве случаев лазеры представляют собой автономные устройства, внешние по отношению к модуляторам, что делает всю систему более дорогой, менее стабильной и масштабируемой.
Теперь исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) в сотрудничестве с отраслевыми партнерами Freedom Photonics и HyperLight Corporation разработали первый полностью интегрированный мощный лазер на чипе из ниобата лития, прокладывая путь для мощных телекоммуникационных систем, полностью интегрированных спектрометров, оптического дистанционного зондирования и эффективного преобразования частоты для квантовых сетей, среди других приложений.
«Интегрированная фотоника на ниобате лития является многообещающей платформой для разработки высокопроизводительных оптических систем в масштабе чипа, но создание лазера на чипе из ниобата лития оказалось одной из самых больших проблем проектирования», — сказал Марко Лончар, Tiantsai Lin. Профессор электротехники и прикладной физики в SEAS и старший автор исследования. «В этом исследовании мы использовали все приемы и методы нанопроизводства, извлеченные из предыдущих разработок в области интегрированной фотоники на ниобате лития, чтобы преодолеть эти проблемы и достичь цели интеграции мощного лазера в тонкопленочную платформу ниобата лития».
Исследование опубликовано в журнале Optica.
Лонкар и его команда использовали небольшие, но мощные лазеры с распределенной обратной связью для своего интегрированного чипа. На чипе лазеры размещаются в небольших колодцах или канавках, выгравированных в ниобате лития, и обеспечивают до 60 мВт оптической мощности в волноводах, изготовленных на той же платформе. Исследователи объединили лазер с электрооптическим модулятором на 50 гигагерц из ниобата лития, чтобы создать мощный передатчик.
«Интеграция высокопроизводительных лазеров plug-and-play значительно снизит стоимость, сложность и энергопотребление будущих систем связи», — сказал Амирхассан Шамс-Ансари, аспирант SEAS и первый автор исследования. «Это строительный блок, который можно интегрировать в более крупные оптические системы для целого ряда приложений, таких как датчики, лидары и телекоммуникации данных».
Объединяя тонкопленочные устройства на основе ниобата лития с мощными лазерами с использованием отраслевого процесса, это исследование представляет собой ключевой шаг к крупномасштабным, недорогим и высокопроизводительным массивам передатчиков и оптическим сетям. Затем команда стремится увеличить мощность и масштабируемость лазера для еще большего количества приложений.
Теги: лазер, чип
