Среда, 19 февраля, 2025

Революционная разработка компактной оптической гребенки для фотоники будущего

Похожие новости
scientificrussia.ru
Фото: scientificrussia.ru

Частотные гребенки стали незаменимым инструментом в современной оптике. Эти инновационные устройства, измеряющие частоту световых волн, способствуют значительному прогрессу в сферах телекоммуникаций, экологического мониторинга и исследований космоса. До недавнего времени разработка эффективных компактных моделей представляла серьезную техническую задачу.

Первые электрооптические частотные гребенки появились в 1993 году и продемонстрировали многообещающие результаты в создании оптических гребенок через каскадную фазовую модуляцию. Однако их развитие затормозилось из-за существенных энергозатрат и узкой полосы пропускания. Впоследствии лидирующие позиции заняли фемтосекундные лазеры и микрогребенки Керра, которые при всей своей результативности требовали тщательной калибровки и значительных энергоресурсов.

Современные прорывы в разработке тонкопленочных электрооптических интегральных фотонных схем привели к возрождению интереса к таким материалам как ниобат лития. Впрочем, задача расширения полосы пропускания при снижении энергопотребления оставалась нерешенной, а характерное для ниобата лития двойное лучепреломление ограничивало возможности увеличения пропускной способности.

Международная команда специалистов из EPFL, Горной школы Колорадо и Китайской академии наук успешно преодолела эти ограничения. Они создали инновационную платформу на основе танталата лития, объединяющую микроволновые и оптические схемы. Примечательно, что танталат лития демонстрирует в 17 раз меньшее внутреннее двойное лучепреломление по сравнению с ниобатом лития.

Исследовательская группа под началом профессора Тобиаса Дж. Киппенберга создала революционный электрооптический генератор частотных гребенок. Устройство демонстрирует впечатляющий спектральный охват в 450 нм, включающий свыше 2000 спектральных линий. Это позволило существенно увеличить пропускную способность и сократить энергопотребление в микроволновом диапазоне практически в 20 раз.

Инновационная «интегрированная трехрезонансная» архитектура обеспечивает гармоничное взаимодействие трех полей — двух оптических и одного микроволнового. Такой результат достигнут благодаря уникальной системе, совмещающей монолитные микроволновые схемы с фотонными элементами. Интеграция копланарного волноводного резонатора в фотонную схему на базе танталата лития значительно повысила эффективность удержания микроволнового излучения.

Компактные габариты устройства площадью всего 1×1 см² стали реальностью благодаря применению танталата лития с низким двулучепреломлением. Это свойство минимизирует световую интерференцию, обеспечивая равномерную генерацию частотных гребенок. Дополнительным преимуществом является использование обычного лазерного диода с распределенной обратной связью, что существенно упрощает эксплуатацию по сравнению с системами на основе солитонов Керра.

Исключительно широкий диапазон нового генератора в 450 нм превосходит возможности существующих электрооптических гребенок. Стабильная работа в 90% свободного спектрального диапазона исключает необходимость сложных настроек, что делает устройство идеальным для практического применения.

Эта инновационная разработка открывает новую эру в фотонике. Благодаря прочной конструкции и миниатюрным размерам устройство найдет применение в различных областях — от высокоточной робототехники до систем экологического мониторинга. Успех данного проекта демонстрирует огромный потенциал интеграции микроволновых и фотонных технологий в создании передовых устройств.

[Фото: Junyin Zhang (EPFL)]

Источник: scientificrussia.ru

Последние новости