Ljusmätenheter som kallas optiska frekvenskammar har revolutionerat metrologi, spektroskopi, atomur och andra tillämpningar. Ändå har utmaningar med att utveckla frekvenskamgeneratorer i mikrochipskala begränsat deras användning i vardagliga teknologier som handhållen elektronik.
I en studie publicerad i Nature Communications , beskriver forskare vid University of Rochester nya mikrokamlasrar som de har utvecklat som övervinner tidigare begränsningar och har en enkel design som kan öppna dörren till ett brett användningsområde.
Optiska frekvenskammar genererar ett spektrum av ljus som består av flera koherenta strålar, var och en avstämd till en annan frekvens eller färg, på jämnt fördelade avstånd. Den resulterande formen liknar tänderna på en hårkam. Under de senaste åren har forskare arbetat med att skapa miniatyriserade versioner av denna teknik, eller mikrokammar, som kan passa på små chips.
Men medan forskare har gjort framsteg i prototypframställning av mikrokammar, har de haft begränsad framgång med att producera livskraftiga versioner som kan användas i praktiska enheter. Hinder inkluderar låg energieffektivitet, begränsad styrbarhet, långsamma mekaniska svar och behovet av sofistikerad systemförkonfiguration.
Ett team av forskare ledda av Qiang Lin, professor vid Rochesters avdelning för elektro- och datorteknik och vid Institute of Optics, skapade ett unikt tillvägagångssätt för att lösa dessa utmaningar i en enda enhet.
Enligt Jingwei Ling, en el- och datateknik Ph.D. student i Lins labb och huvudförfattaren till uppsatsen, förlitar sig tidigare tillvägagångssätt vanligtvis på en envågslaser som injiceras i en icke-linjär omvandlare som kan överföra den enstaka våglängden till flera våglängder och bilda den optiska kammen.
"Vi eliminerade den enda våglängden eftersom det kommer att försämra systemets effektivitet", säger Ling. "Vi har istället hela kammen som förstärks i en återkopplingsslinga inuti systemet, så att alla våglängder reflekteras och förstärks inuti ett enda element."
Enkelheten med "allt i ett" mikrokamlasern resulterar i lägre effektbehov, lägre kostnader, hög inställningsbarhet och nyckelfärdig drift.
"Det är lätt att använda", säger medförfattaren Zhengdong Gao, även han en doktorsexamen i el- och datateknik. elev i Lins labb. "De tidigare metoderna gör det svårt att excitera kammen, men med den här metoden behöver vi bara slå på strömkällan och vi kan styra kammen direkt."
Hinder kvarstår för att implementera dessa mikrokamlasrar, särskilt med utveckling av tillverkningstekniker för att skapa så små komponenter inom de toleranser som krävs för tillverkning. Men forskarna hoppas på att deras enheter kan användas för applikationer som telekommunikationssystem och ljusdetektion och avståndsbestämning (LiDAR) för autonoma fordon.
