Forskere ved EPFL og IBM har skapt en banebrytende hybrid integrert avstembar laser ved å kombinere litiumniobat og silisiumnitrid, som tilbyr lavfrekvent støy og rask bølgelengdeinnstilling. Denne nye laseren har lovende applikasjoner innen LiDAR, telekommunikasjon og kvantedatabehandling på grunn av sin unike kombinasjon av egenskaper.
Forskere fra EPFL og IBM har laget en ny laser som kan revolusjonere optisk avstandsteknologi. Denne laseren er konstruert av litiumniobat, et materiale som ofte brukes i optiske modulatorer for å regulere frekvensen eller intensiteten til lys som sendes gjennom en enhet.
Litiumniobat er høyt verdsatt for sin evne til å håndtere store mengder optisk kraft og sin høye “Pockels koeffisient.” Dette gjør at materialet kan endre sine optiske egenskaper når et elektrisk felt påføres det.
Forskerne oppnådde sitt gjennombrudd ved å kombinere litiumniobat med silisiumnitrid, noe som gjorde at de kunne produsere en ny type hybrid integrert avstembar laser. For å gjøre dette produserte teamet integrerte kretser for lys (“fotoniske integrerte kretser”) basert på silisiumnitrid ved EPFL, og bandt dem deretter med litiumniobatskiver hos IBM.
En brikke utviklet i studien. Kreditt: Grigorii Likhachev (EPFL)
Tilnærmingen ga en laser med lavfrekvent støy (et mål på hvor stabil laserens frekvens er) og samtidig med rask bølgelengdeinnstilling – begge gode kvaliteter for en laser som brukes i lysdeteksjons- og avstandsavstandsapplikasjoner (LiDAR). Deretter utførte de et optisk avstandseksperiment der de brukte laseren til å måle avstander med høy presisjon.
Utover integrerte lasere har hybridplattformen potensial til å realisere integrerte transceivere for telekommunikasjon så vel som mikrobølgeoptiske transdusere for bruk i kvanteberegning.
“Det som er bemerkelsesverdig med resultatet er at laseren samtidig gir lav fasestøy og rask petahertz-per-sekund tuning, noe som aldri før har blitt oppnådd med en slik chip-skala integrert laser,” sier professor Tobias J. Kippenberg, som ledet EPFL-siden av prosjektet.
Referanse: “Ultraraske avstembare lasere som bruker litiumniobat integrert fotonikk” av Viacheslav Snigirev, Annina Riedhauser, Grigory Lihachev, Mikhail Churaev, Johann Riemensberger, Rui Ning Wang, Anat Siddharth, Guanhao Huang, Charles Möhl, Youri Popoff, Ute Caimisler, Daniel Drechsler Simon Hönl, Junqiu Liu, Paul Seidler og Tobias J. Kippenberg, 15. mars 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05724-2
Studien ble finansiert av Horizon 2020 Framework Programme, Swiss National Science Foundation og Air Force Office of Scientific Research.
Brikkeprøvene ble produsert i EPFL-senteret til MicroNanoTechnology (CMi) og Binnig og Rohrer Nanotechnology Center (BRNC) ved IBM Research.