Несколько лет назад исследователи из лаборатории Михала Липсона заметили нечто удивительное. Они работали над проектом по улучшению лидара — технологии, использующей световые волны для измерения расстояния. Лаборатория разрабатывала мощные чипы, способные генерировать более яркие световые лучи.
Гребенка частот — это особый тип света, который содержит множество цветов, выстроенных друг за другом в определенном порядке, подобно радуге. Десятки цветов (частот света) ярко сияют, в то время как промежутки между ними остаются темными. Если посмотреть на гребенку частот на спектрограмме, эти яркие частоты выглядят как зубья гребня. Это открывает возможность одновременной передачи десятков потоков данных. Поскольку разные цвета света не интерферируют друг с другом, каждый «зубец» действует как самостоятельный канал.
Создание мощной гребенки частот требует больших и дорогих лазеров и усилителей. В своей новой статье в журнале Nature Photonics Липсон, профессор электротехники имени Юджина Хиггинса и профессор прикладной физики, и ее соавторы показывают, как добиться того же результата на одном чипе.
Команда выбрала тип лазера, известный как многомодовый лазерный диод, который широко используется в таких областях, как медицинские устройства и инструменты для лазерной резки. Эти лазеры способны производить огромное количество света, но луч получается «грязным», что затрудняет его использование для точных применений.
Интеграция такого лазера в кремниевый фотонный чип, где световые пути имеют ширину всего в несколько микрон, даже сотни нанометров, потребовала тщательной инженерии.
Ученые использовали так называемый механизм синхронизации для очистки источника света от шума. Этот метод основан на использовании кремниевой фотоники для преобразования формы и очистки выходного сигнала лазера, в результате чего получается гораздо более чистый и стабильный луч — свойство, которое ученые называют высокой когерентностью.
Как только свет очищен, вступают в действие нелинейные оптические свойства чипа, разделяя этот единственный мощный луч на десятки равномерно расположенных цветов — определяющую черту гребенки частот. В результате получается компактный высокоэффективный источник света, сочетающий в себе мощность промышленного лазера с точностью и стабильностью, необходимыми для передовых систем связи.
Ранее Наука Mail рассказывала, что саратовский ученый впервые в мире предложил использовать шум Леви для управления системами.
