Forskare vid Chalmers tekniska högskola, Sverige, presentera en mikrokam på ett chip - baserat på två mikroresonatorer istället för en. Det är en sammanhängande, avstämbar och reproducerbar enhet med upp till tio gånger högre nettoomvandlingseffektivitet än den nuvarande teknikens ståndpunkt. Kredit:Yen Strandqvist /Chalmers
Små fotoniska enheter kan användas för att hitta nya exoplaneter, övervaka hälsan, och göra internet mer energieffektivt. Forskare från Chalmers tekniska högskola, Sverige, presentera nu en spelförändrande mikrokam som kan föra avancerade applikationer närmare verkligheten.
En mikrokam är en fotonisk enhet som kan generera en myriad av optiska frekvenser - färger - på en liten hålighet som kallas en mikroresonator. Dessa färger är enhetligt fördelade så att mikrokammen beter sig som en "linjal av ljus." Enheten kan användas för att mäta eller generera frekvenser med extrem precision.
I en ny artikel i tidskriften Naturfotonik , åtta Chalmers-forskare beskriver en ny typ av mikrokam på ett chip, baserad på två mikroresonatorer. Den nya mikrokammen är en sammanhängande, avstämbar och reproducerbar enhet med upp till 10 gånger högre nettoomvandlingseffektivitet än den nuvarande teknikens ståndpunkt.
"Anledningen till att resultaten är viktiga är att de representerar en unik kombination av egenskaper, när det gäller effektivitet, lågeffektdrift, och kontroll som saknar motstycke på fältet, säger Óskar Bjarki Helgason, en Ph.D. student vid institutionen för mikroteknik och nanovetenskap på Chalmers, och första författare till den nya artikeln.
Chalmersforskarna är inte de första som demonstrerade en mikrokamm på ett chip, men de har utvecklat en metod som övervinner flera välkända begränsningar inom området. Nyckelfaktorn är användningen av två optiska kaviteter - mikroresonatorer - istället för en. Detta arrangemang resulterar i de unika fysiska egenskaperna.
Placerad på ett chip, den nyutvecklade mikrokammen är så liten att den skulle passa på änden av ett människohår. Mellanrummen mellan kammens tänder är mycket stora, vilket öppnar stora möjligheter för forskare och ingenjörer.
Doktoranden Óskar Bjarki Helgason demonstrerar chippet och experimentupplägget för att generera den spelföränderliga mikrokammen. Kredit:Mia Halleröd Palmgren, Collage:Yen Strandqvist /Chalmers
Ett brett utbud av potentiella applikationer
Eftersom nästan alla mätningar kan kopplas till frekvens, mikrokammarna erbjuder ett brett utbud av potentiella tillämpningar. De kunde, till exempel, minska strömförbrukningen radikalt i optiska kommunikationssystem, med tiotals lasrar som ersätts av en enda mikrokam i chipskala i datacenteranslutningar. De kan också användas i lidar för autonoma fordon, för att mäta avstånd.
En annan spännande tillämpning för mikrokammar är kalibreringen av spektrografer som används i astronomiska observatorier som ägnas åt upptäckten av jordliknande exoplaneter. Extremt exakta optiska klockor och hälsoövervakningsappar för mobiltelefoner är ytterligare möjligheter. Genom att analysera sammansättningen av utandningsluften, läkare skulle potentiellt kunna diagnostisera sjukdomar i tidigare skeden.
"För att tekniken ska vara praktisk och hitta den utanför labbet, vi måste samintegrera ytterligare element med mikroresonatorerna, som laser, modulatorer och styrelektronik. Det här är en enorm utmaning som kräver kanske fem till 10 år och en investering i ingenjörsforskning. Men jag är övertygad om att det kommer att hända, "säger Victor Torres Company, som leder forskningsprojektet på Chalmers. Han fortsätter:
"De mest intressanta framstegen och tillämpningarna är de som vi inte ens har tänkt på ännu. Detta kommer troligen att möjliggöras av möjligheten att ha flera mikrokammar på samma chip. Vad skulle vi kunna uppnå med tiotals mikrokammar som vi inte kan göra med en ?"
