Создана сверхкомпактная и дешевая «частотная гребенка»
До сих пор эти потенциально крайне полезные устройства оставались довольно дорогими и плохо совместимыми с обычной электроникой.
Исследователи из Российского квантового центра, МГУ, МФТИ и Политехнической школы Лозанны (Швейцария) представили метод производства ультракомпактных лазерных химических анализаторов на основе оптических частотных гребенок. Теперь этот многообещающий тип устройств можно будет внедрить в обычную, массовую электронику. Миниатюрные частотные гребенки пригодятся в самых разных отраслях - от спутниковой навигации до экспресс-химанализаторов.
Оптическими частотными гребенками называют лазерные устройства с излучением, спектр которого разделен на множество узких спектральных линий, с равными частотными промежутками. Технически он основан на импульсном лазере, выстреливающем сверхкороткими импульсами через строго равные промежутки времени, задаваемые микроволновым источником с точной известной частотой. Если устройство на базе такой «гребенки» спектров сможет определить частоту одной (любой) линии анализируемого им излучения, то остальные получаются простым добавлением фиксированного частотного «зазора», заранее известного по шагу. Такие лазерные «линейки» очень эффективны для определения спектров везде - от оптических систем связи до спутниковой навигации, астрофизики и быстрого химического анализа. Однако эта технология сравнительно недавно вышла из лабораторий, и пока широкое применение устройств на основе лазерных гребенок было ограничено из-за их сложности, большого размера и высокой стоимости.
Проще всего генерировать такие частотные гребенки с помощью микрорезонаторов, «колец» или дисков из оптических материалов, проходя через которые излучение лазера накачки превращается в частотную гребенку (в силу оптической нелинейности материала микрорезонатора). Ранее группа ученых во главе с Михаилом Городецким разработала метод генерации частотных гребенок в микрорезонаторах с помощью дешевых и компактных лазерных диодов.
Теперь эта же группа продемонстрировала новый способ создания оптических гребенок - с использованием элементов, собранных на одной микросхеме. Новая схема сборки гребенок радикально отличается от старой. Теперь не обязательно использовать отдельные оптические элементы, линзы, призмы или зеркала, как это делалось до сих пор. Новый прибор имеет объем менее одного кубического сантиметра и при этом куда меньшее энергопотребление - в районе одного ватта. Соответственно, его легко запитать от батарейки.
На одной интегральной схеме из микрорезонатора из нитрида кремния и лазерного диода из фосфида индия авторы собрали полнофункциональное устройство, которое можно делать, применяя современные литографические системы, использующиеся для массового выпуска электроники. Базовой единицей устройства служат волноводы и лежащие в их основе миниатюрные диоды типа тех, что имеются в лазерных указках. При этом волноводы новых оптических гребенок, предложенных авторами статьи, можно изготовить с помощью стандартной КМОП-технологии (комплементарный металл-оксид-полупроводник). Именно по ней в настоящее время массово изготавливают микросхемы.
В созданном авторами статьи устройстве впервые в мире для накачки оптического микрорезонатора из нитрида кремния использовался недорогой лазерный диод. У микрорезонатора с диаметром намного меньше миллиметра крайне низкий уровень оптических потерь - за счет особого метода послойного напыления, «дамасского процесса». Схожим, послойным образом, помогающим избежать накапливания в материале микродефектов ранее делали клинки из дамасской стали.
Как отмечают разработчики, простую и дешевую оптическую гребенку, которая встраивается в оптические интегральные схемы, можно использовать во многих фотонных системах нового поколения, например в лидарах (лазерные радары), для спектроскопии и высокоскоростной передачи данных. В дальнейшем ученые планируют создать на базе устройств нового типа компактный спектрометр и многочастотный источник узкополосного лазерного излучения, который можно будет использовать для обеспечения высокоскоростной связи.
Источник
Исследователи из Российского квантового центра, МГУ, МФТИ и Политехнической школы Лозанны (Швейцария) представили метод производства ультракомпактных лазерных химических анализаторов на основе оптических частотных гребенок. Теперь этот многообещающий тип устройств можно будет внедрить в обычную, массовую электронику. Миниатюрные частотные гребенки пригодятся в самых разных отраслях - от спутниковой навигации до экспресс-химанализаторов.
Оптическими частотными гребенками называют лазерные устройства с излучением, спектр которого разделен на множество узких спектральных линий, с равными частотными промежутками. Технически он основан на импульсном лазере, выстреливающем сверхкороткими импульсами через строго равные промежутки времени, задаваемые микроволновым источником с точной известной частотой. Если устройство на базе такой «гребенки» спектров сможет определить частоту одной (любой) линии анализируемого им излучения, то остальные получаются простым добавлением фиксированного частотного «зазора», заранее известного по шагу. Такие лазерные «линейки» очень эффективны для определения спектров везде - от оптических систем связи до спутниковой навигации, астрофизики и быстрого химического анализа. Однако эта технология сравнительно недавно вышла из лабораторий, и пока широкое применение устройств на основе лазерных гребенок было ограничено из-за их сложности, большого размера и высокой стоимости.
Проще всего генерировать такие частотные гребенки с помощью микрорезонаторов, «колец» или дисков из оптических материалов, проходя через которые излучение лазера накачки превращается в частотную гребенку (в силу оптической нелинейности материала микрорезонатора). Ранее группа ученых во главе с Михаилом Городецким разработала метод генерации частотных гребенок в микрорезонаторах с помощью дешевых и компактных лазерных диодов.
Теперь эта же группа продемонстрировала новый способ создания оптических гребенок - с использованием элементов, собранных на одной микросхеме. Новая схема сборки гребенок радикально отличается от старой. Теперь не обязательно использовать отдельные оптические элементы, линзы, призмы или зеркала, как это делалось до сих пор. Новый прибор имеет объем менее одного кубического сантиметра и при этом куда меньшее энергопотребление - в районе одного ватта. Соответственно, его легко запитать от батарейки.
На одной интегральной схеме из микрорезонатора из нитрида кремния и лазерного диода из фосфида индия авторы собрали полнофункциональное устройство, которое можно делать, применяя современные литографические системы, использующиеся для массового выпуска электроники. Базовой единицей устройства служат волноводы и лежащие в их основе миниатюрные диоды типа тех, что имеются в лазерных указках. При этом волноводы новых оптических гребенок, предложенных авторами статьи, можно изготовить с помощью стандартной КМОП-технологии (комплементарный металл-оксид-полупроводник). Именно по ней в настоящее время массово изготавливают микросхемы.
В созданном авторами статьи устройстве впервые в мире для накачки оптического микрорезонатора из нитрида кремния использовался недорогой лазерный диод. У микрорезонатора с диаметром намного меньше миллиметра крайне низкий уровень оптических потерь - за счет особого метода послойного напыления, «дамасского процесса». Схожим, послойным образом, помогающим избежать накапливания в материале микродефектов ранее делали клинки из дамасской стали.
Как отмечают разработчики, простую и дешевую оптическую гребенку, которая встраивается в оптические интегральные схемы, можно использовать во многих фотонных системах нового поколения, например в лидарах (лазерные радары), для спектроскопии и высокоскоростной передачи данных. В дальнейшем ученые планируют создать на базе устройств нового типа компактный спектрометр и многочастотный источник узкополосного лазерного излучения, который можно будет использовать для обеспечения высокоскоростной связи.
Источник