Учёные из Университета Глазго разработали и создали лазер с узкой шириной линии на одном полностью интегрированном микрочипе, который демонстрирует лучшие характеристики, когда-либо зарегистрированные в полупроводниковых лазерах такого типа.
Рекордная разработка в области лазерной техники может способствовать развитию более мелких, дешёвых и простых в изготовлении оптических и квантовых технологий, считают изобретатели.
Исследователи из Университета Глазго создали лазер с узкой шириной линии на одном полностью интегрированном микрочипе, который демонстрирует лучшие характеристики, когда-либо зарегистрированные в полупроводниковых лазерах такого типа.
Это может помочь преодолеть многие барьеры, которые мешали более широкому внедрению предыдущих поколений этого типа монолитных полупроводниковых лазерных технологий.
Новая лазерная система в будущем может найти применение в передовых технологиях, таких как усовершенствованные системы связи и непревзойдённая квантовая криптография.
Команда разработала систему, которую они называют «топологический интерфейсный расширенный лазер с оптической инжекционной блокировкой» (MOIL-TISE). Она способна генерировать более узкое и чистое лазерное излучение, чем любые предыдущие распределённые лазеры с обратной связью (DFB).
Ширина линии лазера — это один из показателей чистоты его излучения. Лазеры с более узкой шириной линии производятся со стабильными лучами, которые мало колеблются по своим рабочим частотам. Система MOIL-TISE способна генерировать ширину линии всего 983 Гц, что является значительным достижением по сравнению с монолитными лазерами DFB, представленными на рынке, которые работают в диапазоне МГц.
Разработка системы MOIL-TISE на одном интегрированном чипе обсуждается в статье «Монолитный топологический интерфейсный расширенный лазер с оптической инжекционной блокировкой», опубликованной в журнале Science Advances.
Предыдущие лазеры с высокой спектральной чистотой сталкивались с серьёзной проблемой: балансировкой высоких характеристик с компактным дизайном. Для достижения эффективности разработчики часто полагались на гибридную интеграцию и громоздкие внешние компоненты, что ограничивало их практичность и потенциал в интегрированных приложениях на чипе.
Команда описывает, как они использовали возможности Центра нанопроизводства имени Джеймса Ватта Университета Глазго для изготовления устройства MOIL-TISE на полупроводниковой подложке из фосфида индия.
Производительность системы обеспечивается уникальной конструкцией, которая разбивает чип на три области, каждая из которых имеет свою оптическую фазу, специально настроенную для равномерного распределения света между ними. В сочетании с устройством, называемым микрокольцевым резонатором, интегрированным в чип, система может внутренне перерабатывать свет для стабилизации своей работы и обеспечения узконаправленной ширины линии.
Доктор Сяо Сун из Ускорителя критических технологий Университета (CTA) является первым и соответствующим автором статьи. Он сказал: «Университет Глазго уникален в Великобритании тем, что можно реализовать проект такого рода от первоначальной идеи до полнофункционального прототипа, не покидая кампуса».
Профессор Лианпин Хоу из Школы инженерии имени Джеймса Ватта является соавтором статьи. Он сказал: «Наш лазер MOIL-TISE совершает три значительных прорыва и улучшения в этой области. Это первое монолитное устройство такого рода, в котором каждый компонент интегрирован на одном чипе.
«Он может создавать лазер с замечательной чистотой частоты, самой высокой из когда-либо достигнутых в монолитном лазере с распределённой обратной связью такого типа. Он также способен легко переключаться между оптическими фазами — свойство, необходимое для систем распределения квантовых ключей, которые будут лежать в основе устройств шифрования и связи будущего».
Предоставлено Университетом Глазго