On-chip-lasern kombineras med en 50 gigahertz elektrooptisk modulator i litiumniobat för att bygga en högeffektssändare. Kredit:Second Bay Studios/Harvard SEAS
För alla de senaste framstegen inom integrerade fotoniska litiumniobatkretsar – från frekvenskammar till frekvensomvandlare och modulatorer – har en stor komponent förblivit frustrerande svår att integrera:lasrar.
Långdistanstelekommunikationsnätverk, optiska sammankopplingar för datacenter och fotoniska mikrovågssystem är alla beroende av lasrar för att generera en optisk bärare som används vid dataöverföring. I de flesta fall är lasrar fristående enheter, utanför modulatorerna, vilket gör hela systemet dyrare och mindre stabilt och skalbart.
Nu har forskare från Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) i samarbete med industripartners på Freedom Photonics och HyperLight Corporation utvecklat den första fullt integrerade högeffektlasern på ett litiumniobatchip, vilket banar vägen. för kraftfulla telekommunikationssystem, helt integrerade spektrometrar, optisk fjärranalys och effektiv frekvensomvandling för bland annat kvantnätverk.
"Integrerad litiumniobatfotonik är en lovande plattform för utveckling av högpresterande optiska system i chipskala, men att få en laser på ett litiumniobatchip har visat sig vara en av de största designutmaningarna", säger Marko Loncar, Tiantsai Lin. Professor i elektroteknik och tillämpad fysik vid SEAS och senior författare till studien. "I den här forskningen använde vi alla nanotillverkningsknep och tekniker som vi lärt oss från tidigare utvecklingar inom integrerad litiumniobatfotonik för att övervinna dessa utmaningar och uppnå målet att integrera en kraftfull laser på en tunnfilmslitiumniobatplattform."
Forskningen är publicerad i tidskriften Optica .
Loncar och hans team använde små men kraftfulla distribuerade feedbacklasrar för sitt integrerade chip. På chip sitter lasrarna i små brunnar eller diken etsade in i litiumniobatet och levererar upp till 60 milliwatt optisk effekt i vågledarna tillverkade i samma plattform. Forskarna kombinerade lasern med en 50 gigahertz elektrooptisk modulator i litiumniobat för att bygga en högeffektssändare.
"Att integrera högpresterande plug-and-play-lasrar skulle avsevärt minska kostnaderna, komplexiteten och strömförbrukningen för framtida kommunikationssystem", säger Amirhassan Shams-Ansari, doktorand vid SEAS och första författare till studien. "Det är en byggsten som kan integreras i större optiska system för en rad applikationer, inom avkänning, lidar och datatelekommunikation."
Genom att kombinera tunnfilmslitiumniobatenheter med högeffektlasrar med hjälp av en industrivänlig process, representerar denna forskning ett nyckelsteg mot storskaliga, lågkostnads- och högpresterande sändarmatriser och optiska nätverk. Därefter siktar teamet på att öka laserns kraft och skalbarhet för ännu fler applikationer. + Utforska vidare
