Ученый разработал квантовый широкополосный доступ

27 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Китайской академии наук

С момента появления в конце 1990-х годов концепции лазерной гребенки частот она произвела революцию в точном измерении частоты и времени. Помимо первоначального использования в оптических часах и прецизионной спектроскопии, гребенки оптических частот (OFC) продемонстрировали большой потенциал для различных приложений, включая ультрафиолетовую и инфракрасную (ИК) спектроскопию, дистанционное зондирование, синтез оптических частот и высокоскоростную оптическую связь.

Однако сильные оптические импульсы, передаваемые OFC с амплитудной модуляцией (AM), нежелательны для систем плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM), в которых используется множество микрокольцевых модуляторов. Это связано с тем, что высокая мгновенная мощность оптических импульсов приведет к сильным тепловым нелинейностям.

С другой стороны, формирование широкополосного OFC зависит от тщательного проектирования дисперсии групповой скорости (ДГС) волновода, что является сложной задачей для платформ, где ДГС в основном определяется материалом. Следовательно, размер системы, вес, энергопотребление и стоимость (SWaP-C) OFC должны быть улучшены для использования OFC в промышленности.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа ученых под руководством профессора Джона Бауэрса из Института энергоэффективности Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, США, разработала частотно-модулированную (FM) гребенку на основе усовершенствованный лазер на квантовых точках (КТ). Правильная конструкция резонатора лазера обеспечивает рекордную оптическую полосу пропускания 3 дБ на частоте 2,2 ТГц в телекоммуникационном O-диапазоне.

Разнос каналов достигает 60 ГГц, что позволяет устранить перекрестные помехи в каналах при передаче данных. Что еще более интересно, эта гребенка FM квазинепрерывных волн не выдает сильные оптические импульсы, что благоприятно для интегрированной системы DWDM.

Благодаря использованию QD-лазера широкополосная FM-гребенка генерируется из лазерного резонатора длиной 1,35 мм и шириной 2,6 мкм, а также имеет высокий КПД при подключении к стене, превышающий 12%. По сравнению с другими интегрированными технологиями OFC, заявленная FM-гребенка на основе QD-лазера демонстрирует превосходные характеристики SWaP-C, что является решением, которое используют как научные круги, так и промышленность.

Замечательные свойства материала QD делают его многообещающей платформой для создания FM-гребенок. Сверхбыстрая динамика усиления учитывает гигантскую керровскую нелинейность и четырехволновое смешивание, что делает лазер на КТ лучшим кандидатом для генерации FM-гребенки в диапазоне оптической связи, чем традиционные диодные лазеры с квантовыми ямами.

Важно отметить, что описанный подход позволяет нам улучшить оптическую полосу пропускания без необходимости тщательного проектирования дисперсии волновода. Это достижение реализовано за счет разработки керровской нелинейности, которой можно просто управлять с помощью напряжения, приложенного к насыщающейся секции поглотителя лазера. Таким образом, этот подход уменьшает проблемы в процессе изготовления. Эти ученые комментируют свои достижения в этой работе:

«Это эволюция мышления. Первый лазер с синхронизацией мод был продемонстрирован в 1963 году, с тех пор был достигнут огромный прогресс. Раньше считалось, что лазер с синхронизацией мод должен выдавать сильные оптические импульсы из-за своей АМ (амплитуда- Модуляция) природа. Однако мы показываем, что это не обязательно. ЧМ (частотно-модулированный) лазер с синхронизацией мод переживает ренессанс. Его природа заключается в обеспечении широкополосного спектра с плоской вершиной наряду с квази- непрерывное излучение».