Los investigadores han diseñado una nueva fuente de luz integrada en el chip que puede transformar las longitudes de onda infrarrojas en longitudes de onda visibles, que han sido difíciles de producir con tecnología basada en chips de silicio. Este enfoque flexible para la generación de luz en chip está preparado para permitir fotónica altamente miniaturizadainstrumentación que es fácil de fabricar y lo suficientemente resistente como para usar fuera del laboratorio.
adentro óptica , la revista de la Sociedad Óptica OSA para investigaciones de alto impacto, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST, la Universidad de Maryland y la Universidad de Colorado describen su nueva fuente de luz del oscilador paramétrico óptico OPO y muestran quepuede producir luz de salida que es de un color o longitud de onda muy diferente a la luz de entrada. Además de crear luz en longitudes de onda visibles, el OPO genera simultáneamente longitudes de onda de infrarrojo cercano que se pueden utilizar para aplicaciones de telecomunicaciones.
"Nuestro enfoque flexible y eficiente en cuanto al consumo de energía genera luz láser coherente en un rango de longitudes de onda más amplias que las que son accesibles desde los láseres integrados con chip directo", dijo el líder del equipo de investigación Kartik Srinivasan. "La creación de luz visible en el chip puede serutilizado como parte de dispositivos compactos altamente funcionales como relojes atómicos basados en chips o dispositivos para análisis bioquímicos portátiles. El desarrollo de OPO en una plataforma fotónica de silicio crea el potencial para la fabricación escalable de estos dispositivos en fundiciones de fabricación comercial, lo que podría hacer que este enfoque sea muyeconómico."
Explotación de procesos no lineales
Aunque la respuesta de un material a la luz generalmente se escala linealmente, las propiedades del material pueden cambiar más rápidamente en respuesta a la luz a alta potencia, lo que crea varios efectos no lineales. Los OPO son un tipo de láser que utiliza efectos ópticos no lineales para crear un efecto muy ampliorango de longitudes de onda de salida.
Los investigadores querían descubrir cómo tomar la emisión láser a una longitud de onda fácilmente disponible con láser de chip compacto y combinarlo con nanofotónica no lineal para generar luz láser a longitudes de onda que de otro modo serían difíciles de alcanzar con plataformas fotónicas de silicio.
"Las tecnologías ópticas no lineales ya se utilizan como componentes integrales de los láseres en los mejores relojes atómicos del mundo y en muchos sistemas de espectroscopía de laboratorio", dijo Xiyuan Lu, primer autor del artículo y académico de posdoctorado de la Universidad de Maryland, NIST.acceder a diferentes tipos de funcionalidad óptica no lineal, incluidos los OPO, dentro de la fotónica integrada es importante para la transición de las tecnologías actualmente basadas en laboratorios a plataformas que son portátiles y se pueden implementar en el campo ".
En el nuevo trabajo, los investigadores diseñaron un OPO basado en una microrred hecha de nitruro de silicio. Este componente óptico es alimentado por aproximadamente 1 milivatio de potencia de láser infrarrojo, aproximadamente la misma cantidad de potencia encontrada en un puntero láser.la luz viaja alrededor del microring aumenta su intensidad óptica hasta que sea lo suficientemente potente como para crear una respuesta óptica no lineal en nitruro de silicio. Esto permite la conversión de frecuencia, un proceso no lineal que puede usarse para producir una longitud de onda de salida, o frecuencia, que es diferente deel de la luz que entra al sistema.
"El progreso reciente en la ingeniería nanofotónica ha hecho que este método de conversión de frecuencia sea muy eficiente", dijo Lu. "Un avance clave en nuestro trabajo fue descubrir cómo promover la interacción no lineal específica de interés mientras se suprimen los procesos no lineales competitivos potenciales que pueden surgiren este sistema "
Prueba de la fuente de luz
Los investigadores diseñaron la nueva fuente de luz en el chip usando simulaciones electromagnéticas detalladas. Luego hicieron el dispositivo y lo usaron para convertir la luz de entrada de 900 nanómetros en una longitud de onda de 700 nanómetros visible y una longitud de onda de 1300 nanómetros telecomunicacionesbandas. El OPO logró esto usando menos del 2 por ciento de la potencia del láser de la bomba requerida por los OPO de microresonador previamente desarrollados para generar colores de salida ampliamente separados. En los casos anteriores, ambos colores generados estaban en el infrarrojo. Con algunos cambios simples en elEn las dimensiones de microring, el OPO también produjo luz en las bandas de telecomunicaciones visibles de 780 nm y de 1500 nanómetros.
Los investigadores dicen que el nuevo OPO podría usarse para hacer un sistema completo combinando un láser comercial barato de diodo infrarrojo cercano con un chip OPO que también integra componentes como filtros, detectores y una sección de espectroscopía. Continúan buscandopara formas de aumentar la potencia de salida generada por el OPO.
"Este trabajo demuestra que la nanofotónica no lineal está alcanzando un nivel de madurez en el que podemos crear un diseño que conecte longitudes de onda ampliamente separadas y luego lograr suficiente control de fabricación para realizar ese diseño y el rendimiento previsto en la práctica", dijo Srinivasan ".En el futuro, debería ser posible generar una amplia gama de longitudes de onda deseadas utilizando un pequeño número de láseres de chip compactos combinados con nanofotónica no lineal flexible y versátil ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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