Нови дуал-моде ласер производи независне АМ и ФМ чешљеве на истом уређају

Недавно је тим истраживача на Универзитету Калифорније у Санта Барбари (УЦСБ), предвођен Џоном Бауерсом, објавио да су развили ласер са закључавањем мода на квантним тачкама (КД) који је способан да независно генерише амплитудну модулацију (АМ) и фреквентне модулације (ФМ) чешљеве на истом уређају. У будућности, такви широкопојасни дуал-моде ласери могли би да обезбеде компактне, енергетски ефикасне фреквентне чешљеве за силицијумске ПИЦ-ове у центрима података и другим апликацијама.
Истраживачи кажу да платформа квантне тачке (КД) омогућава пропусни опсег горе наведених уређаја да се такмичи са најнапреднијим ласерима са закључавањем КД мода који су откривени до сада. И АМ и ФМ ширине импулса генерисане у УЦСБ уређајима испуњавају најновије техничке захтеве за ласере са закључавањем КД мода.
Иако оптички фреквентни чешљеви имају широк спектар примена у апликацијама за даљинско откривање, спектроскопију и оптичке комуникације, оптички импулси које испоручују АМ фреквенцијски чешљеви нису повољни за системе мултиплексирања густе таласне дужине (ДВДМ). Ови системи користе многе микро-прстенасте модулаторе, а велика тренутна снага оптичког импулса производи јаке термичке нелинеарности.
С друге стране, према истраживачима са Калифорнијског универзитета у Санта Барбари (УЦСБ), формирање широкопојасних оптичких фреквенцијских чешља ослања се на пажљиво дизајнирање групне дисперзије брзине (ГВД) таласовода.
Ово је изазов за платформе где је дисперзија групне брзине (ГВД) одређена материјалом. Због тога, величина система, тежина, потрошња енергије и цена (СВаП-Ц) чешља са оптичким фреквенцијама морају бити побољшани како би се повећала вероватноћа њихове употребе у индустрији.
Истраживачи су користили структуру колизијског импулса да би ласеру са закључаним модом квантних тачака дали брзу фреквенцију понављања од 60 ГХз. Ово омогућава КД ласеру да пружи подршку за ДВДМ системе и смањи преслушавање канала у преносу података. Ласерска шупљина је дизајнирана да омогући оптички пропусни опсег од 3 дб до 2,2 терахерца у телеком О-опсегу. Широкопојасни ФМ чешаљ се генерише ласерском шупљином која је дуга 1,35 мм и широка 2,6 μм и има високу ефикасност уметања у зид од више од 12 процената.
Поред дисперзије групне брзине (ГВД) таласовода, генерисање ФМ чешља се ослања на нелинеарне особине активног региона ласера, укључујући просторно сагоревање рупа, Керове нелинеарности и четвороталасно мешање. КД Ласер са закључавањем мода, са високом четвороталасном ефикасношћу мешања од ?5 дБ, може ефикасно да генерише ФМ чешаљ.
Ласери су обећавајућа платформа за генерисање амплитудно модулисаних (АМ) и фреквенцијско модулисаних (ФМ) квантних тачака (КД). Механизми ових чешљева су различити и одређени су динамиком појачања ласера. Формирање АМ чешља захтева споро појачање, што се може постићи применом ниске струје убризгавања на део појачања КД ласера.
Формирање ФМ чешља се ослања на брзо појачање да би се произвеле велике Керове нелинеарности и четвороталасно мешање. Ово се може постићи једноставном контролом појачања и одступања на засићеном апсорберу. Инжењеринг Керрове нелинеарности помаже да се драматично повећа оптички пропусни опсег од 3 дб на 2,2 терахерца.
Истраживачи су такође показали како се ширина опсега фреквентне модулације (ФМ) у КД ласеру може повећати пројектовањем Керр нелинеарности без потребе за ГВД инжењерингом. Ово је постигнуто применом напона на апсорпциони део ласера ​​који се може заситити. Овај приступ такође смањује изазов процеса производње, кажу истраживачи. Огромна Керрова нелинеарност и четвороталасна својства мешања ласера ​​са квантним тачкама чине их погоднијим за генерисање ФМ чешља у оптичком комуникационом опсегу од конвенционалних диодних ласера ​​са квантним бунарима.
У поређењу са ФМ чешљевима генерисаним помоћу других технологија интегрисаног оптичког фреквентног чешља (ОФЦ), истраживачи су утврдили да ФМ чешљеви засновани на квантним тачкама (КД) имају супериорни СВаП-Ц. Широкопојасне карактеристике ФМ чешља чине их погоднијим за оптичке комуникационе системе великог капацитета од конвенционалних ФМ чешља. Поред тога, технологија је способна за ЦМОС компатибилност.