Wetenschap
Het gestroomlijnde microcomb-ontwerp biedt controle met één druk op de knop
In een onderzoek gepubliceerd in Nature Communications beschrijven onderzoekers van de Universiteit van Rochester nieuwe microkamlasers die ze hebben ontwikkeld en die eerdere beperkingen overwinnen en een eenvoudig ontwerp hebben dat de deur zou kunnen openen voor een breed scala aan toepassingen.
Optische frequentiekammen genereren een spectrum van licht dat bestaat uit meerdere coherente bundels, elk afgestemd op een andere frequentie of kleur, op gelijkmatig verdeelde afstanden. De resulterende vorm lijkt op de tanden van een haarkam. De afgelopen jaren hebben wetenschappers gewerkt aan het creëren van miniatuurversies van deze technologie, oftewel microcombs, die op kleine chips passen.
Maar hoewel wetenschappers vooruitgang hebben geboekt bij het prototypen van microcombs, hebben ze beperkt succes gehad met het produceren van levensvatbare versies die in praktische apparaten kunnen worden toegepast. Obstakels zijn onder meer een lage energie-efficiëntie, beperkte bestuurbaarheid, trage mechanische reacties en de behoefte aan geavanceerde systeemvoorconfiguratie.
Een vereenvoudigde aanpak
Een team van onderzoekers onder leiding van Qiang Lin, professor aan de afdeling Electrical and Computer Engineering in Rochester en aan het Institute of Optics, heeft een unieke aanpak ontwikkeld om deze uitdagingen met één enkel apparaat op te lossen.
Volgens Jingwei Ling, een Ph.D. op het gebied van elektrotechniek en computertechniek. student in het laboratorium van Lin en de hoofdauteur van het artikel, berusten eerdere benaderingen meestal op een laser met één golflengte die wordt geïnjecteerd in een niet-lineaire converter die de enkele golflengte naar meerdere golflengten kan overbrengen en zo de optische kam vormt.
"We hebben de enkele golflengte geëlimineerd omdat dat de efficiëntie van het systeem zal verslechteren", zegt Ling. "In plaats daarvan laten we de hele kam zelf versterken in een feedbacklus binnen het systeem, zodat alle golflengten worden gereflecteerd en verbeterd binnen één enkel element."
De eenvoud van de "alles-in-één" microkamlaser resulteert in een lager stroomverbruik, lagere kosten, hoge afstembaarheid en een gebruiksklare werking.
"Het is eenvoudig te bedienen", zegt co-auteur Zhengdong Gao, tevens doctor in de elektrotechniek en computertechniek. student in Lin's laboratorium. "De voorgaande methoden maken het moeilijk om de kam te prikkelen, maar met deze methode hoeven we alleen maar de stroombron in te schakelen en kunnen we de kam direct bedienen."
Er blijven hindernissen bestaan voor de implementatie van deze microkamlasers, vooral bij het ontwikkelen van fabricagetechnieken om zulke kleine componenten te creëren binnen de toleranties die nodig zijn voor de productie. Maar de onderzoekers hebben goede hoop dat hun apparaten kunnen worden gebruikt voor toepassingen zoals telecommunicatiesystemen en lichtdetectie en bereik (LiDAR) voor autonome voertuigen.