A pesar de todos los avances recientes en circuitos fotónicos integrados de niobato de litio, desde peines de frecuencia hasta convertidores de frecuencia y moduladores, un gran componente sigue siendo frustrantemente difícil de integrar: los láseres.
Las redes de telecomunicaciones de larga distancia, las interconexiones ópticas de los centros de datos y los sistemas fotónicos de microondas dependen de los láseres para generar una portadora óptica utilizada en la transmisión de datos. En la mayoría de los casos, los láseres son dispositivos independientes, externos a los moduladores, lo que hace que todo el sistemamás caro y menos estable y escalable.
Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard SEAS en colaboración con socios industriales de Freedom Photonics y HyperLight Corporation, han desarrollado el primer láser de alta potencia completamente integrado en un chip de niobato de litio, pavimentandoel camino para sistemas de telecomunicaciones de alta potencia, espectrómetros totalmente integrados, sensores remotos ópticos y conversión de frecuencia eficiente para redes cuánticas, entre otras aplicaciones.
"La fotónica de niobato de litio integrada es una plataforma prometedora para el desarrollo de sistemas ópticos a escala de chip de alto rendimiento, pero colocar un láser en un chip de niobato de litio ha demostrado ser uno de los mayores desafíos de diseño", dijo Marko Loncar, elTiantsai Lin, profesor de ingeniería eléctrica y física aplicada en SEAS y autor principal del estudio. "En esta investigación, utilizamos todos los trucos y técnicas de nanofabricación aprendidos de desarrollos anteriores en fotónica integrada de niobato de litio para superar esos desafíos y lograr el objetivo.de integrar un láser de alta potencia en una plataforma de niobato de litio de película delgada".
La investigación se publica en la revista Optica.
Loncar y su equipo utilizaron láseres de retroalimentación distribuidos pequeños pero potentes para su chip integrado. En el chip, los láseres se asientan en pequeños pozos o trincheras grabadas en el niobato de litio y entregan hasta 60 milivatios de potencia óptica en las guías de ondas fabricadas en el mismoLos investigadores combinaron el láser con un modulador electroóptico de 50 gigahercios en niobato de litio para construir un transmisor de alta potencia.
"La integración de láseres plug-and-play de alto rendimiento reduciría significativamente el costo, la complejidad y el consumo de energía de los futuros sistemas de comunicación", dijo Amirhassan Shams-Ansari, estudiante de posgrado en SEAS y primer autor del estudio. "Esun bloque de construcción que se puede integrar en sistemas ópticos más grandes para una variedad de aplicaciones, en detección, lidar y telecomunicaciones de datos".
Al combinar dispositivos de niobato de litio de película delgada con láseres de alta potencia utilizando un proceso amigable con la industria, esta investigación representa un paso clave hacia conjuntos de transmisores y redes ópticas a gran escala, de bajo costo y de alto rendimiento. A continuación, elEl equipo tiene como objetivo aumentar la potencia y la escalabilidad del láser para aún más aplicaciones.
La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual derivada de las innovaciones de Loncar Lab en sistemas de niobato de litio. Loncar es cofundador de HyperLight Corporation, una empresa emergente que se lanzó para comercializar chips fotónicos integrados basados en ciertas innovaciones desarrolladas en su laboratorio.
La investigación fue coescrita por Dylan Renaud, Rebecca Cheng, Linbo Shao
Di Zhu y Mengjie Yu, de SEAS, Hannah R. Grant, Leif Johansson de Freedom Photonics y Lingyan He y Mian Zhang de HyperLight Corporation. Fue apoyado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa bajo la subvención HR0011-20-C-0137 y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea bajo la subvención FA9550-19-1-0376.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson. Original escrito por Leah Burrows. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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