Projektbeschreibung
Die Probleme bei der Miniaturisierung optischer Frequenzkämme entwirren
Optische Frequenzkämme sind extrem genaue Werkzeuge zur Messung von Frequenzen oder Veränderungen bei Frequenzen. Extrem schnelle Laser werden verwendet, um einen kontinuierlichen Zug sehr kurzer und eng beieinander liegender Lichtimpulse auszusenden. Das Spektrum resultiert in gleichmäßig verteilten haarähnlichen „Zähnen“, die an einen Kamm erinnern. Neben genaueren Atomuhren könnten Frequenzkämme leicht auch Anwendung in Fachgebieten finden, die auf der Identifizierung oder Manipulation von Atomen und Molekülen beruhen, wie zum Beispiel Umwelttoxikologie und Quantencomputer. Allerdings sind die meisten kommerziell verfügbaren Systeme von großen und teuren Lasern abhängig, die in erster Linie in der Metrologie und in der Physik zum Einsatz kommen. Das Projekt REFOCUS soll miniaturisierte optische Kämme im Chipmaßstab bereitstellen und die Tür für tragbare kostengünstige Systeme für Anwendungen in den Bereichen chemische Sensorik, Kommunikation und medizinische Bildgebung öffnen.
Ziel
As a Nobel-honored technology, optical frequency combs, which consist of equidistant spectral lines, have revolutionized applications in time-keeping, and metrology as they offer unprecedented precision in frequency via self-referencing. However, conventional frequency comb systems have been confined to laboratories due to the cost, size, and power requirements of their components. This project aims to develop a chip-scale optical frequency comb source that can be self-referenced.
Key components to realize self-referencing are comb generators and frequency doublers. However, it is challenging to integrate both functionalities on the same chip as they typically rely on different nonlinear processes and thus different material platforms. Another major challenge in the system miniaturization is how to achieve ultra-efficient comb generation and frequency doubling to enable on-chip comb pumping and self-referencing beat note detection, respectively.
In this project, we will circumvent the multi-material issue by developing both comb generator and frequency doubler based on the same nonlinear material: aluminum gallium arsenide (AlGaAs). This material exhibits both strong cubic and quadratic nonlinearities which can be utilized for comb generation and frequency doubling, respectively. Ultra-efficient comb generation will be realized by developing ultra-high-quality-factor microresonators and employing new comb generation methods combining cubic and quadratic nonlinearities while highly-efficient frequency doubling will be achieved by adaptively-controlling the phase-matching condition. We will also develop heterogeneous integration technologies to bridge the nonlinear devices with on-chip laser sources and detectors by using intermediate silicon nitride circuits. Successful miniaturization of a self-referenced frequency comb source will enable applications like LIDAR, coherent communications, chemical sensing, medical imaging, and precision metrology.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
2800 Kongens Lyngby
Dänemark