Lågbrusmikrovågssignaler är av avgörande betydelse i många applikationer som höghastighetstelekommunikation och ultrasnabb databehandling. Konventionellt, sådana signaler genereras med skrymmande och känsliga mikrovågsoscillatorer som inte är lämpliga för utomhusapplikationer. Men nyligen, fysiker har undersökt ett möjligt alternativ:högkvalitativ mikrovågsgenerering med hjälp av optiska mikroresonatorfrekvenskammar.

Förlita sig på laserfältens höga optiska frekvens och spektralrenhet, optiska mikroresonatorer kan generera lågbrusmikrovågor på ett kompakt och effektivt sätt. Men en mikroresonator kan vanligtvis bara generera mikrovågor med mycket begränsad frekvensavstämning. Anledningen är att mikrovågsfrekvensen beror på resonatorns storlek, vilket i sig inte är särskilt avstämbart.

Publicerar i Vetenskapliga framsteg , forskare vid Tobias Kippenbergs labb vid EPFL, Trinity College Dublin (TCD), och Dublin City University (DCU) har nu utvecklat en ny teknik för att generera variabla lågbrusmikrovågor med en enda optisk mikroresonator.

Tillvägagångssättet injicerar en mikroresonatorfrekvenskam i en kompakt laser vars intensitet moduleras av en mikrovågsoscillator från hyllan. Genom att tvinga modulationsfrekvensen att tätt följa en subharmonisk frekvens hos mikrovågen som produceras av mikroresonatorns frekvenskammen, laget skapade framgångsrikt nya mikrovågor vars frekvenser kan varieras avsevärt.

Dessutom, de nyligen genererade mikrovågorna visar mycket lägre fasbrusnivåer än de hos en mikroresonatorfrekvenskammoscillator och vanliga mikrovågsoscillatorer. Denna mekanism, kallas frekvensdelning, används för att överföra frekvensrenheten för en optisk signal till mikrovågsdomänen.

Den utvecklade tekniken möjliggör överföring av spektral renhet mellan olika mikrovågssignaler. "Traditionellt, Det har inte varit enkelt att genomföra perfekt mikrovågsfrekvensindelning på ett variabelt sätt, " förklarar Dr Wenle Weng, som ledde studien. "Tack vare den snabbmodulerade halvledarlasern som utvecklats av våra kollegor på TCD och DCU, nu kan vi uppnå detta med en billig fotodetektor och ett måttligt kontrollsystem." Halvledarlasern genererar också en sekundär frekvenskam med mer förtätade spektrala emissioner som kan vara användbar i många spektroskopiska tillämpningar.

Nyckelkomponenterna i uppställningen av proof-of-concept-experimentet, inklusive mikroresonatorn och halvledarlasern, är diskreta och sammankopplade med långa fibrer. Teamet arbetar nu med att integrera och avancerat packa enheten. Med förmågan att miniatyriseras och massproduceras, en sådan variabel mikrovågsoscillator och frekvenskamgenerator kan revolutionera den nuvarande växande marknaden för bärbara lågbrusmikrovågs- ​​och frekvenskamkällor.