Equipe estrangeira constrói pentes laser mais estáveis ​​e eficientes

Recentemente, a startup de tecnologia laser Illumtra se uniu ao Centro Alemão de Pesquisa para Síncrotron de Elétrons (DESY) em Hamburgo para colaborar com sucesso no desenvolvimento de um laser pente que seja mais estável e eficiente em design.
O destaque deste desenvolvimento é a demonstração de um microrressonador com reflexões sintetizadas programáveis ​​que fornece feedback de injeção personalizado para acionar o laser. Esta tecnologia oferece vantagens significativas em relação às fechaduras de auto-injecção convencionais e pode ser produzida utilizando técnicas de litografia padrão.
Os lasers pente são capazes de emitir fontes de luz em uma ampla gama de cores com espaçamentos de frequência que variam de 100 GHz a 1 THz. A aplicação desta tecnologia é de grande valia para transmissão de dados nas áreas de comunicações ópticas e inteligência artificial.
A vantagem dos pentes laser é a pureza das cores que emitem. Em aplicações como comunicações ópticas, há necessidade de um laser que possa emitir múltiplas cores puras de luz, e os lasers em pente atendem a essa necessidade.
Para melhorar a pureza dos lasers de pente, o bloqueio por autoinjeção tornou-se um método padrão na indústria. Este método utiliza um ressonador de anel para filtrar o ruído, faz com que a luz seja refletida de volta a partir de defeitos aleatórios dentro do anel através do retroespalhamento Rayleigh e é injetada de volta no laser para travamento.
“O problema de confiar em defeitos aleatórios é que eles podem depender da cor e a intensidade não é forte e estável o suficiente”, disse John Jost, um dos autores do artigo e cofundador do Enlightenment, “Existem algumas limitações, especialmente quando queremos devolver mais luz ao laser, pois isso é fundamental para obter um bloqueio eficaz da injeção."
O principal avanço nesta pesquisa foi o projeto de um modo especial que permite a retrodifusão direcional da luz dentro do ressonador de anel. Este modo é otimizado especificamente para uma cor específica, garantindo que mais luz seja enviada de volta com eficiência ao laser para bloqueio da injeção.
Os pentes laser da Illumtra possuem recursos de fonte de luz integrados que os tornam particularmente adequados para soluções de E/S ópticas e arquiteturas de memória e computação distribuída.
Para validar sua eficácia, os autores realizaram diversos testes utilizando ressonadores de nano-anel customizados com diferentes estruturas. Eles conectaram um diodo laser semicondutor a um chip fotônico com um ressonador de anel integrado. A técnica foi validada na banda C, mas teoricamente poderia ser igualmente eficaz em todas as bandas de telecomunicações. O ressonador real é construído em um chip fotônico integrado usando tecnologia de revestimento de silício e incorporado com um ressonador de anel de cristal fotônico de nitreto de silício.
Jost disse: “Os circuitos integrados fotônicos usados ​​neste trabalho foram fabricados em linhas de produção de nível industrial, portanto a tecnologia está pronta para produção em larga escala”. Ele observou ainda: "Essa capacidade de controlar com precisão a dispersão da luz abre toda uma nova gama de possibilidades para designs mais avançados, o que nos permitirá personalizar o espectro do pente laser para atender às necessidades do mundo real, permitindo uma flexibilidade sem precedentes."
O laser pode ser usado em combinação perfeita com uma ampla gama de circuitos integrados fotônicos, como para a construção de unidades de E/S ópticas rápidas ou matrizes de portas programáveis ​​em campo óptico. A tecnologia terá um impacto significativo nas aplicações com utilização intensiva de dados, como no domínio da inteligência artificial generativa, e proporcionará também um forte impulso ao desenvolvimento de novas arquitecturas de computação e de memória.