Investigadores de la Universidad George Washington han desarrollado un nuevo diseño de láser emisor de superficie de cavidad vertical (VCSEL) que demuestra un ancho de banda temporal récord. Esto fue posible mediante la combinación de múltiples cavidades acopladas transversalmente, que mejora la retroalimentación óptica del láser. Los VCSEL han surgido como un enfoque vital para realizar interconexiones ópticas de alta velocidad y de eficiencia energética en centros de datos y supercomputadoras.

Los VCSEL son una clase vital de diodos láser semiconductores que acompañan a un resonador láser monolítico que emite luz en una dirección perpendicular a la superficie del chip. Esta clase de láseres está ganando importancia en el mercado debido a su tamaño compacto y alto rendimiento optoelectrónico. Como láseres miniaturizados, se utilizan como fuente óptica a alta velocidad, comunicaciones de longitud de onda corta y redes ópticas de datos. El tráfico denso y la transmisión de alta velocidad son requisitos clave para las aplicaciones de sensores inteligentes en la automoción o en las comunicaciones de datos. que están habilitados por VCSEL compactos y de alta velocidad. Sin embargo, el ancho de banda de 3 dB, conocido como el límite de velocidad de los VCSEL, está limitado por efectos térmicos, resistencia parasitaria, capacitancia y efectos de ganancia no lineal.

La modulación directa de los VCSEL no puede superar los 30 GHz debido a los efectos de amplificación óptica no lineal conocidos como oscilaciones de relajación de ganancia. Esta invención presenta un nuevo y revolucionario diseño VCSEL. Dado que la retroalimentación dentro del láser debe manejarse con cuidado, Los investigadores introdujeron un enfoque de retroalimentación múltiple mediante la combinación de múltiples cavidades acopladas. Esto les permitió fortalecer la retroalimentación conocida como "luz lenta, "extendiendo así el ancho de banda temporal del láser (velocidad) más allá del límite conocido de la frecuencia de oscilación de relajación. La innovación es revolucionaria porque la retroalimentación directa de cada cavidad solo necesita ser moderada y puede controlarse con precisión a través de las cavidades acopladas, permitiendo un mayor grado de libertad de diseño. Siguiendo este esquema de cavidad acoplada, Se espera un ancho de banda de modulación resultante en el rango de 100 GHz.

"Aquí presentamos un cambio de paradigma en el diseño de láser. Utilizamos un nuevo enfoque de cavidades acopladas para controlar cuidadosamente la retroalimentación al láser lograda al reducir significativamente la velocidad de la luz láser. Este enfoque de cavidades acopladas agrega un nuevo grado de libertad para el diseño de láser, con oportunidades en ciencia y tecnología fundamentales, "dice Volker Sorger, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad George Washington.

"Esta invención es oportuna ya que la demanda de servicios de datos está creciendo rápidamente y avanzando hacia redes de comunicación de próxima generación como 6G, pero también en automoción como sensor de proximidad o identificación facial de teléfonos inteligentes. Es más, el sistema de cavidad acoplada allana el camino para aplicaciones emergentes en procesadores de información cuántica, como máquinas Ising coherentes, "añade el Dr. Hamed Dalir, coautor del artículo e inventor de la tecnología.