Los peines de frecuencia óptica son fuentes láser cuyo espectro consta de una serie de Líneas de frecuencia igualmente espaciadas que se pueden utilizar para mediciones precisas. En las últimas dos décadas, se han convertido en una herramienta importante para aplicaciones como la medición precisa de distancias, espectroscopia, y telecomunicaciones.

La mayoría de las fuentes de peine de frecuencia óptica disponibles comercialmente basadas en láseres de bloqueo de modo son grandes y caras, limitando su potencial de uso en grandes volúmenes y aplicaciones portátiles. Aunque las versiones a escala de chip de peines de frecuencia óptica que utilizan microrresonadores se demostraron por primera vez en 2007, una forma completamente integrada se ha visto obstaculizada por las altas pérdidas de material y los complejos mecanismos de excitación.

Los equipos de investigación dirigidos por Tobias J. Kippenberg en EPFL y Michael L. Gorodetsky en el Russian Quantum Center ahora han construido un microcombustible de solitón integrado que opera a una tasa de repetición de 88 GHz utilizando un diodo láser de fosfuro de indio a escala de chip y el nitruro de silicio (Si ₃ norte ₄ ) microrresonador. Con solo un centímetro cúbico de tamaño, el dispositivo es el más pequeño de su tipo hasta la fecha.

El nitruro de silicio (Si ₃ norte ₄ ) El microrresonador se fabrica utilizando un proceso de reflujo de Damasceno fotónico patentado que produce pérdidas sin precedentes en la fotónica integrada. Estas guías de onda de pérdida ultrabaja cierran la brecha entre el diodo láser basado en chip y los niveles de potencia requeridos para excitar los estados disipativos de solitones de Kerr, que subyacen a la generación de peines de frecuencia óptica.

El método utiliza láseres de fosfuro de indio basados ​​en chips disponibles comercialmente en contraposición a los módulos de láser a granel convencionales. En el trabajo reportado, una pequeña parte de la luz láser se refleja de regreso al láser debido a la dispersión intrínseca del microrresonador. Esta retroalimentación directa ayuda tanto a estabilizar el láser como a generar el peine de solitón. Esto muestra que tanto el resonador como el láser se pueden integrar en un solo chip, lo que ofrece una mejora única con respecto a la tecnología anterior.

"Existe un interés significativo en las fuentes de peine de frecuencia óptica que son accionadas eléctricamente y pueden integrarse completamente fotónicamente para satisfacer las demandas de las aplicaciones de próxima generación, especialmente LIDAR y procesamiento de información en centros de datos, ", dice Kippenberg." Esto no solo representa un avance tecnológico en el campo de los solitones disipativos de Kerr, sino que también proporciona una idea de su dinámica no lineal, junto con una rápida retroalimentación de la cavidad ".

Todo el sistema puede caber en un volumen de menos de 1 cm3 y se puede controlar eléctricamente. "La compacidad, método de ajuste fácil, La operación de bajo costo y baja tasa de repetición hace que este sistema de micropanal sea interesante para aplicaciones de fabricación masiva, "dice el estudiante de doctorado Arslan Sajid, el autor principal del estudio. "Su principal ventaja es la rápida retroalimentación óptica, lo que elimina la necesidad de electrónica activa o cualquier otro mecanismo de ajuste en chip ".

Los científicos ahora tienen como objetivo demostrar un espectrómetro integrado y una fuente de longitud de onda múltiple y mejorar el proceso de fabricación y el método de integración aún más para impulsar la fuente de micro panal a una tasa de repetición de microondas.