Optiska frekvenskammar är laserkällor vars spektrum består av en serie diskreta, lika fördelade frekvenslinjer som kan användas för exakta mätningar. Under de senaste två decennierna har de har blivit ett viktigt verktyg för applikationer som exakt avståndsmätning, spektroskopi, och telekommunikation.

De flesta kommersiellt tillgängliga optiska frekvenskammkällorna baserade på mode-lock-lasrar är stora och dyra, begränsa deras potential för användning i stora volymer och bärbara applikationer. Även om chipskalaversioner av optiska frekvenskammar med mikroresonatorer först demonstrerades 2007, en helt integrerad form har hindrats av höga materialförluster och komplexa excitationsmekanismer.

Forskargrupper under ledning av Tobias J. Kippenberg vid EPFL och Michael L. Gorodetsky vid Russian Quantum Center har nu byggt en integrerad solitonmikrokamm som arbetar vid en upprepningshastighet på 88 GHz med hjälp av en indiumfosfidlaserdiod i chipskala och kiselnitrid (Si ₃ N ₄ ) mikroresonator. Med bara en kubikcentimeter stor, enheten är den minsta i sitt slag hittills.

Kiselnitrid (Si ₃ N ₄ ) mikroresonator tillverkas med hjälp av en patenterad fotonisk Damascene -återflödesprocess som ger oöverträffade låga förluster i integrerad fotonik. Dessa vågledare med extremt låg förlust överbryggar klyftan mellan den chipbaserade laserdioden och de effektnivåer som krävs för att excitera de avledande Kerr soliton-tillstånden, som ligger till grund för genereringen av optiska frekvenskammar.

Metoden använder kommersiellt tillgängliga chipbaserade indiumfosfidlasrar i motsats till konventionella bulklasermoduler. I det rapporterade arbetet, en liten del av laserljuset reflekteras tillbaka till lasern på grund av inneboende spridning från mikroresonatorn. Denna direkta feedback hjälper till att både stabilisera lasern och generera solitonkammen. Detta visar att både resonator och laser kan integreras på ett enda chip som erbjuder en unik förbättring jämfört med tidigare teknik.

"Det finns ett betydande intresse för optiska frekvenskammkällor som är elektriskt drivna och kan vara helt fotoniskt integrerade för att möta kraven från nästa generations applikationer, särskilt LIDAR och informationsbehandling i datacenter, "säger Kippenberg." Detta representerar inte bara en teknisk framsteg inom området för avledande Kerr -solitoner, men ger också en inblick i deras olinjära dynamik, tillsammans med snabb feedback från hålrummet. "

Hela systemet rymmer en volym på mindre än 1 cm3 och kan styras elektriskt. "Kompaktheten, enkel inställningsmetod, låg kostnad och låg upprepningshastighet gör detta mikrokombinsystem intressant för massproducerbara applikationer, "säger doktoranden Arslan Sajid, huvudförfattaren till studien. "Dess främsta fördel är snabb optisk återkoppling, vilket eliminerar behovet av aktiv elektronisk eller någon annan avstämningsmekanism på chip. "

Forskarna syftar nu till att demonstrera en integrerad spektrometer och källa med flera våglängder och att förbättra tillverkningsprocessen och integrationsmetoden ytterligare för att driva mikrokammarkällan med en mikrovågsrepetitionshastighet.