Utländska team bygger stabilare, effektivare kamlasrar

Nyligen slog laserteknologistartföretaget illumtra ihop med det tyska forskningscentret för elektronsynkrotron (DESY) i Hamburg för att framgångsrikt samarbeta kring utvecklingen av en kamlaser som är mer stabil och effektiv i design.
Höjdpunkten i denna utveckling är deras demonstration av en mikroresonator med programmerbara syntetiserade reflektioner som ger anpassad injektionsåterkoppling för att driva lasern. Denna teknik erbjuder betydande fördelar jämfört med konventionella självinsprutande lås och kan tillverkas med standard litografitekniker.
Kamlasrarna kan avge ljuskällor i ett brett spektrum av färger med frekvensavstånd från 100 GHz till 1 THz. Tillämpningen av denna teknik är av stort värde för dataöverföring inom områdena optisk kommunikation och artificiell intelligens.
Fördelen med kamlasrar är renheten i färgerna de avger. I applikationer som optisk kommunikation finns det ett behov av en laser som kan avge flera rena ljusfärger, och kamlasrar tillgodoser detta behov.
För att förbättra renheten hos kamlasrar har självinsprutningslåsning blivit en standardmetod i branschen. Denna metod använder en ringresonator för att filtrera bort brus, orsakar att ljus reflekteras tillbaka från slumpmässiga defekter i ringen genom Rayleigh-återspridning och injiceras tillbaka i lasern för låsning.
"Problemet med att förlita sig på slumpmässiga defekter är att de kan vara färgberoende och att intensiteten inte är tillräckligt stark och stabil", säger John Jost, en av tidningens författare och medgrundare av Enlightenment, "Det finns vissa begränsningar, särskilt när vi vill sätta tillbaka mer ljus i lasern, eftersom detta är avgörande för att uppnå effektiv injektionslåsning."
Nyckelgenombrottet i denna forskning var designen av ett speciellt läge som möjliggör riktad tillbakaspridning av ljus i ringresonatorn. Detta läge är optimerat specifikt för en viss färg, vilket säkerställer att mer ljus effektivt skickas tillbaka till lasern för injektionslåsning.
Illumtras kamlasrar har integrerade ljuskällor som gör dem särskilt lämpade för optiska I/O-lösningar och distribuerade datorer och minnesarkitekturer.
För att validera dess effektivitet utförde författarna en mängd olika tester med hjälp av skräddarsydda nano-ringresonatorer med olika strukturer. De dockade en halvledarlaserdiod till ett fotonchip med en integrerad ringresonator. Tekniken validerades i C-bandet, men skulle teoretiskt sett kunna vara lika effektiv i alla telekomband. Den faktiska resonatorn är byggd på ett integrerat fotonchip med kiselbeklädnadsteknik och inbäddad med en fotonisk kristallringresonator av kiselnitrid.
Jost sa: "De fotoniska integrerade kretsarna som används i detta arbete tillverkades på produktionslinjer av industriell kvalitet, så tekniken är redo för storskalig produktion." Han noterade vidare, "Denna förmåga att exakt kontrollera ljusspridning öppnar upp ett helt nytt utbud av möjligheter för mer avancerade konstruktioner, vilket gör att vi kan anpassa kamlaserspektrumet för att möta verkliga behov, vilket möjliggör oöverträffad flexibilitet."
Lasern kan användas i perfekt kombination med ett brett utbud av fotoniska integrerade kretsar, till exempel för att bygga snabba optiska I/O-enheter eller optiska fältprogrammerbara gate arrays. Tekniken kommer att ha en betydande inverkan på dataintensiva applikationer, såsom inom området generativ artificiell intelligens, och kommer också att ge en stark drivkraft för utvecklingen av nya dator- och minnesarkitekturer.