Kleine fotonische apparaten kunnen worden gebruikt om nieuwe exoplaneten te vinden, gezondheid bewaken, en het internet energiezuiniger te maken. Onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, presenteren nu een baanbrekende microkam die geavanceerde toepassingen dichter bij de realiteit zou kunnen brengen.

Een microkam is een fotonisch apparaat dat in staat is een groot aantal optische frequenties - kleuren - te genereren in een kleine holte die bekend staat als een microresonator. Deze kleuren zijn gelijkmatig verdeeld, zodat de microkam zich gedraagt ​​als een 'liniaal gemaakt van licht'.

In een recent artikel in het tijdschrift Natuurfotonica , acht Chalmers-onderzoekers beschrijven een nieuw soort microkam op een chip, gebaseerd op twee microresonatoren. De nieuwe microkam is een coherente, afstembaar en reproduceerbaar apparaat met tot 10 keer hogere netto conversie-efficiëntie dan de huidige stand van de techniek.

"De reden waarom de resultaten belangrijk zijn, is dat ze een unieke combinatie van kenmerken vertegenwoordigen, op het gebied van efficiëntie, werking met laag vermogen, en controle die ongekend zijn in het veld, " zegt Óskar Bjarki Helgason, een doctoraat student aan de afdeling Microtechnologie en Nanowetenschappen aan Chalmers, en eerste auteur van het nieuwe artikel.

De onderzoekers van Chalmers zijn niet de eersten die een microkam op een chip demonstreren, maar ze hebben een methode ontwikkeld die een aantal bekende beperkingen in het veld overwint. De belangrijkste factor is het gebruik van twee optische holtes - microresonatoren - in plaats van één. Deze opstelling resulteert in de unieke fysieke kenmerken.

Op een chip geplaatst, de nieuw ontwikkelde microkam is zo klein dat hij op het uiteinde van een mensenhaar zou passen. De openingen tussen de tanden van de kam zijn erg breed, wat grote kansen biedt voor onderzoekers en ingenieurs.

Een breed scala aan potentiële toepassingen

Aangezien bijna elke meting kan worden gekoppeld aan frequentie, de microkammen bieden een breed scala aan mogelijke toepassingen. Zij konden, bijvoorbeeld, radicaal het stroomverbruik in optische communicatiesystemen verminderen, waarbij tientallen lasers worden vervangen door een enkele microkam op chipschaal in datacenterverbindingen. Ze kunnen ook worden gebruikt in lidar voor autonoom rijdende voertuigen, voor het meten van afstanden.

Een andere opwindende toepassing voor microcomben is de kalibratie van spectrografen die worden gebruikt in astronomische observatoria die zijn gewijd aan de ontdekking van aardachtige exoplaneten. Extreem nauwkeurige optische klokken en apps voor gezondheidsmonitoring voor mobiele telefoons zijn verdere mogelijkheden. Door de samenstelling van uitgeademde lucht te analyseren, clinici kunnen mogelijk ziekten in eerdere stadia diagnosticeren.

"Om ervoor te zorgen dat de technologie praktisch is en ook buiten het laboratorium kan worden gebruikt, we moeten extra elementen co-integreren met de microresonatoren, zoals lasers, modulatoren en besturingselektronica. Dit is een enorme uitdaging die misschien vijf tot tien jaar vergt en een investering in technisch onderzoek. Maar ik ben ervan overtuigd dat het gaat gebeuren, " zegt Victor Torres Company, die het onderzoeksproject bij Chalmers leidt. Hij gaat door:

"De meest interessante ontwikkelingen en toepassingen zijn degene die we nog niet eens hebben bedacht. Dit zal waarschijnlijk mogelijk worden gemaakt door de mogelijkheid om meerdere microkammen op dezelfde chip te hebben. Wat zouden we kunnen bereiken met tientallen microkammen dat we niet kunnen doen met één ?"