Los láseres desempeñan un papel vital en todo, desde las comunicaciones y la conectividad modernas hasta la biomedicina y la fabricación. Muchas aplicaciones, sin embargo, requieren láseres que pueden emitir múltiples frecuencias (colores de luz) simultáneamente, cada uno separado con precisión como el diente en un peine.

Los peines de frecuencia óptica se utilizan para el monitoreo ambiental para detectar la presencia de moléculas, tales como toxinas; en astronomía para la búsqueda de exoplanetas; en metrología de precisión y cronometraje. Sin embargo, han seguido siendo voluminosos y caros, lo que limitaba sus aplicaciones. Entonces, Los investigadores han comenzado a explorar cómo miniaturizar estas fuentes de luz e integrarlas en un chip para abordar una gama más amplia de aplicaciones. incluidas las telecomunicaciones, síntesis de microondas y rango óptico. Pero hasta ahora, los peines de frecuencia en el chip han tenido problemas con la eficiencia, estabilidad y controlabilidad.

Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson y la Universidad de Stanford han desarrollado un peine de frecuencia en chip que es eficiente, estable y altamente controlable con microondas.

La investigación se publica en Naturaleza .

"En comunicaciones ópticas, si desea enviar más información a través de un pequeño, cable de fibra óptica, necesita tener diferentes colores de luz que se puedan controlar de forma independiente, "dijo Marko Loncar, el profesor Tiantsai Lin de Ingeniería Eléctrica en SEAS y uno de los autores principales del estudio. "Eso significa que necesita cien láseres separados o un peine de frecuencia. Hemos desarrollado un peine de frecuencia que es elegante, manera eficiente e integrada de energía para resolver este problema. "

Loncar y su equipo desarrollaron el peine de frecuencia utilizando niobita de litio, un material conocido por sus propiedades electroópticas, lo que significa que puede convertir de manera eficiente señales electrónicas en señales ópticas. Gracias a las fuertes propiedades electroópticas de la niobita de litio, El peine de frecuencia del equipo abarca todo el ancho de banda de telecomunicaciones y ha mejorado drásticamente la capacidad de sintonización.

"Los peines de frecuencia en chip anteriores nos dieron solo una perilla de sintonización, "dijo el co-primer autor Mian Zhang, ahora CEO de HyperLight y anteriormente becario de investigación postdoctoral en SEAS. "Es como un televisor en el que el botón de canal y el botón de volumen son iguales. Si desea cambiar el canal, terminas cambiando el volumen también. Utilizando el efecto electroóptico del niobato de litio, separamos efectivamente estas funcionalidades y ahora tenemos un control independiente sobre ellas ".

Esto se logró mediante señales de microondas, permitiendo las propiedades del peine, incluido el ancho de banda, el espacio entre los dientes, la altura de las líneas y las frecuencias que se activan y desactivan, para que se sintonicen de forma independiente.

"Ahora, podemos controlar las propiedades del peine a nuestro antojo de forma bastante sencilla con microondas, ", dijo Loncar." Es otra herramienta importante en la caja de herramientas ópticas ".

"Estos peines de frecuencia compactos son especialmente prometedores como fuentes de luz para la comunicación óptica en centros de datos, "dijo Joseph Kahn, Profesor de Ingeniería Eléctrica en Stanford y el otro autor principal del estudio. "En un centro de datos, literalmente un edificio del tamaño de un almacén que contiene miles de computadoras, los enlaces ópticos forman una red que interconecta todas las computadoras para que puedan trabajar juntas en tareas informáticas masivas. Un peine de frecuencia, al proporcionar muchos colores diferentes de luz, puede permitir que muchas computadoras estén interconectadas e intercambien cantidades masivas de datos, satisfaciendo las necesidades futuras de los centros de datos y la computación en la nube.

La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual relacionada con este proyecto. La investigación también fue apoyada por el Acelerador de Ingeniería y Ciencias Físicas de OTD, que proporciona financiación traslacional para proyectos de investigación que muestran potencial para un impacto comercial significativo.