Создан одночиповый «электронный гребешок», способный одновременно излучать несколько частот

Лазеры играют важнейшую роль во многих областях — от коммуникаций и систем связи до биомедицины и промышленного производства. Но всё же во многих приложениях требуются лазеры, способные одновременно излучать множество частот, четко разделённых между собой — подобно зубьям расчёски.

Оптические «частотные гребешки» (ЧГ) используются при мониторинге состояния окружающей среды для выявления опасных молекул; в астрономии — при поиске экзопланет, а также в прецизионной метрологии и для синхронизации. Однако эти устройства громоздки и дороги, что ограничивает их применение. Исследователи задались целью уместить эти источники светового излучения на полупроводниковой пластинке, что значительно расширило бы диапазон их практического применения. Но до последнего времени такие приборы имели проблемы с эффективностью, стабильностью и управляемостью.

И вот исследователи из Гарвардского и Стэнфордского университетов создали интегрированный одночиповый ЧГ, управляемый посредством микроволн, который лишен вышеуказанных проблем.

«В оптических коммуникационных системах для того, чтобы передать больше информации по оптоволоконному кабелю, необходимо использовать лучи разного цвета, управляемые независимо, — говорит профессор электротехники Марко Лонкар, один из авторов исследования. — Это означает, что потребуется или сто отдельных лазеров, или частотный гребешок. Мы создали такой «гребешок» — он достаточно просто устроен и энергоэффективен».

Группа профессора Лонкара использовала ниобит лития, известный своей способностью эффективно преобразовывать электронные сигналы в оптические. Созданный учёными прибор покрывает весь диапазон частот, используемых в телекоммуникациях, и имеет значительно улучшенную настраиваемость.

«У предыдущих одночиповых ЧГ был только один настроечный манипулятор, — рассказывает соавтор Мьян Жанг, директор компании «HyperLight». — Это как если бы у телевизора одна ручка отвечала и за выбор канала, и за громкость, и при смене канала также изменялась бы и громкость. Воспользовавшись электрооптическим эффектом ниобата лития, мы добились раздельного и более точного управления».

Это было сделано с помощью микроволновых сигналов, так что свойства ЧГ — включая диапазон частот, расстояние между «зубьями», высоту линий и подключаемые частоты — настраиваются независимо.

«Такой компактный ЧГ особенно перспективен в качестве источника света для оптической связи в центрах обработки данных, — говорит Джозеф Кан, профессор электротехники и соавтор работы. — Дата-центр — это большое здание, в котором находятся тысячи компьютеров, соединённых между собой оптическими кабелями для совместной работы над крупными вычислительными задачами. Частотный гребешок, дающий множество цветов, позволяет множеству компьютеров обмениваться огромными объёмами информации, что необходимо для работы дата-центров и проведения облачных вычислений».