Los peines de frecuencia láser en chip, láseres que emiten múltiples frecuencias o colores de luz separados simultáneamente como el diente en un peine, son una tecnología prometedora para una variedad de aplicaciones que incluyen monitoreo ambiental, computación óptica, astronomía y metrología. Sin embargo, los peines de frecuencia en el chip todavía están limitados por un problema grave:no siempre son eficientes. Hay varias formas de mitigar el problema de la eficiencia, pero todas sufren compensaciones. Por ejemplo, los peines pueden tener una alta eficiencia o un ancho de banda amplio, pero no ambos. La incapacidad de diseñar un peine de frecuencia láser en chip que sea a la vez eficiente y amplio ha obstaculizado a los investigadores durante años y ha obstaculizado la comercialización generalizada de estos dispositivos.

Ahora, un equipo de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) ha desarrollado un peine de frecuencia electro-óptico que es 100 veces más eficiente que las versiones anteriores de última generación y tiene más del doble su ancho de banda.

"Nuestro dispositivo allana el camino para generadores de peine de frecuencia óptica prácticos y abre la puerta a nuevas aplicaciones", dijo Marko Lončar, profesor Tiantsai Lin de ingeniería eléctrica en SEAS y autor principal del estudio. "También proporciona una plataforma para investigar nuevas áreas de la física óptica".

La investigación se publica en Nature Photonics .

Este avance se basa en investigaciones anteriores de Lončar y su equipo.

En 2019, Lončar y su laboratorio demostraron el primer peine de frecuencia estable en un chip que podía controlarse con microondas. Este llamado peine de frecuencia electro-óptico, construido sobre la plataforma de niobato de litio iniciada por el laboratorio de Lončar, abarcó todo el ancho de banda de las telecomunicaciones, pero su eficiencia fue limitada. En 2021, el equipo desarrolló un dispositivo de resonadores acoplados para controlar el flujo de luz y los utilizó para demostrar los cambiadores de frecuencia en el chip, un dispositivo que puede cambiar el color de la luz con una eficiencia de casi el 100 %.

La investigación más reciente aplica los dos conceptos para abordar el desafío de los peines de frecuencia electro-ópticos basados ​​en resonadores:equilibrio entre eficiencia y ancho de banda.

"Demostramos que al combinar estos dos enfoques, el resonador acoplado con el peine de frecuencia electroóptico, podíamos mejorar mucho la eficiencia sin sacrificar el ancho de banda. De hecho, mejoramos el ancho de banda", dijo Yaowen Hu, asistente de investigación en SEAS. y primer autor del artículo.

"Descubrimos que cuando mejora el rendimiento de la fuente de peine a este nivel, el dispositivo comienza a operar en un régimen completamente nuevo que combina el proceso de generación de peine de frecuencia electro-óptico con el enfoque más tradicional de un peine de frecuencia Kerr", dijo. Mengjie Yu, ex becaria postdoctoral en SEAS y coautora del artículo.

Yu es actualmente profesor asistente en la Universidad del Sur de California.

Este nuevo peine puede generar pulsos de femtosegundos ultrarrápidos a alta potencia. Junto con la alta eficiencia y la banda ancha, este dispositivo puede ser útil para aplicaciones en astronomía, computación óptica, telemetría y metrología óptica.

Los coautores de la investigación fueron Brandon Buscaino, Neil Sinclair, Di Zhu, Rebecca Cheng, Amirhassan Shams-Ansari, Linbo Shao, Mian Zhang y Joseph M. Kahn. + Explora más

Peine de frecuencia sintonizable electrónicamente en chip