Prezentacja nowej technologii laserów z niobianu litu
Naukowcy ze Szwajcarii opracowali nowy typ lasera opartego na niobianie litu (LiNbO3), który umożliwia kontrolowanie częstotliwości lub intensywności światła przesyłanego przez urządzenie. Ich praca, wspierana przez finansowane ze środków UE projekty MICROCOMB, OMT, HOT i QUSTEC, może mieć znaczący wpływ na technologię optycznego wyznaczania odległości. Niobian litu – syntetyczna sól składająca się z niobu, litu i tlenu – ma szerokie zastosowanie na rynku telekomunikacyjnym. Jest to jeden z najczęściej stosowanych materiałów do produkcji szybkich modulatorów elektrooptycznych. Jak czytamy w artykule prasowym opublikowanym na stronie „Optics.org”, jego użyteczność polega na zdolności do „obsługi dużej mocy optycznej” i „zmiany właściwości optycznych po zastosowaniu do niego pola elektrycznego”. Jednak, jak wyjaśniają naukowcy w swoim opracowaniu opublikowanym na łamach czasopisma „Nature”, mimo że „ostatnie prace zaowocowały powstaniem przestrajalnych zintegrowanych laserów opartych na LiNbO3, nie osiągnięto pełnego potencjału tej platformy do zademonstrowania zintegrowanych laserów o wąskiej szerokości pasma”.
Połączenie niobianu litu z azotkiem krzemu
Aby temu zaradzić, zespół badawczy połączył niobian litu z azotkiem krzemu (Si3N4), tworząc nowy typ hybrydowego, zintegrowanego lasera z możliwością przestrajania. Najpierw w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii w Lozannie (EPFL), koordynującym projekty OMT i HOT oraz będącym partnerem projektu MICROCOMB, wydrukowano fotoniczne układy scalone oparte na azotku krzemu. Następnie w ośrodku IBM Research Europe, będącym partnerem projektów MICROCOMB, OMT i HOT, również z siedzibą w Szwajcarii, obwody połączono z płytkami z niobianu litu. Autorzy badania opisują swoje podejście w następujący sposób: „Nasza platforma opiera się na niejednorodnej integracji ultraniskostratnych fotonicznych układów scalonych z Si3N4 z cienkowarstwowym LiNbO3 poprzez bezpośrednie łączenie na poziomie płytki, w przeciwieństwie do wcześniej zademonstrowanej integracji na poziomie chipletów, charakteryzującej się niską stratą propagacji wynoszącą 8,5 decybela na metr, umożliwiającą generowanie wąskiej wiązki (o wewnętrznej szerokości linii wynoszącej 3 kiloherce) poprzez blokowanie samoczynnego wtrysku do diody lasera. Tryb hybrydowy rezonatora umożliwia elektrooptyczne przestrajanie częstotliwości lasera z prędkością 12 × 1015 herców na sekundę, z wysoką liniowością i niską histerezą oraz przy zachowaniu wąskiej szerokości linii”. Podejście zespołu pozwoliło na uzyskanie właściwości, które są niezbędne w laserach wykorzystywanych do wykrywania i pomiaru odległości. Uzyskany laser wykazywał niski poziom szumów częstotliwościowych – sugerujący stabilną częstotliwość – i szybkie dostrajanie długości fali. Następnie naukowcy wykorzystali laser w eksperymencie optycznego pomiaru odległości do pomiaru odległości z wysoką precyzją. „Niezwykłe w tym wyniku jest to, że laser zapewnia jednocześnie niski poziom szumów fazowych i szybkie przestrajanie z prędkością na poziomie petaherców na sekundę, co nigdy wcześniej nie zostało osiągnięte za pomocą tak zintegrowanego lasera w skali chipa”, zauważa starszy autor badania prof. Tobias J. Kippenberg z EPFL w komunikacie prasowym. Oprócz zintegrowanych laserów hybrydowa platforma opracowana przy wsparciu projektów MICROCOMB (Applications and Fundamentals of Microresonator Frequency Combs), OMT (Optomechanical Technologies), HOT (Hybrid Optomechanical Technologies) i QUSTEC (QUSTEC: international, interdisciplinary and intersectoral doctoral programme in Quantum Science and Technologies) może być również wykorzystana do opracowania zintegrowanych nadajników-odbiorników na potrzeby telekomunikacji i mikrofalowo-optycznych przetworników do obliczeń kwantowych. Więcej informacji: projekt MICROCOMB strona projektu OMT strona projektu HOT strona projektu QUSTEC
Słowa kluczowe
MICROCOMB, OMT, HOT, QUSTEC, laser, laser zintegrowany, laser przestrajalny, niobian litu, azotek krzemu
