Лазерный мир

Технологии фотоники на основе ниобата лития претерпели ряд недавних разработок, от частотных гребенок до преобразователей частоты и модуляторов. Но оказалось, что лазеры сложно интегрировать. Интегрированный лазер значительно удешевит и повысит масштабируемость и стабильность телекоммуникационных сетей дальней связи, оптических межсоединений центров обработки данных и микроволновой фотоники, которые полагаются на лазеры для создания оптической несущей, используемой при передаче данных.

Встроенный лазер в сочетании с электрооптическим модулятором на 50 ГГц из ниобата лития создает мощный передатчик. Предоставлено Second Bay Studios, Гарвардский университет SEAS.

«Интегрированная фотоника на ниобате лития является многообещающей платформой для разработки высокопроизводительных оптических систем в масштабе чипа, но создание лазера на чипе из ниобата лития оказалось одной из самых больших проблем проектирования», — сказал Марко Лончар, Tiantsai Lin. Профессор электротехники и прикладной физики в SEAS и старший автор исследования. «В этом исследовании мы использовали все приемы и методы нанопроизводства, извлеченные из предыдущих разработок в области интегрированной фотоники на ниобате лития, чтобы преодолеть эти проблемы и достичь цели интеграции мощного лазера в тонкопленочную платформу ниобата лития».

Лонкар и его команда использовали небольшие, но мощные лазеры с распределенной обратной связью для своего интегрированного чипа. По словам исследователей, эти устройства являются первыми кандидатами на интеграцию с тонкопленочными модуляторами ниобата лития из-за их небольшого размера, низкой стоимости и высокой выходной мощности.

В лазере используется мощная платформа на основе фосфида индия (InP), которая продемонстрировала выходную мощность более 300 мВт и сообщила о низкой относительной интенсивности шума. Конструкция лазера обеспечивает минимальное поглощение свободными носителями, более низкое падение напряжения на диоде и уменьшенные потери в зеркале. В свою очередь, это приводит к увеличению длины резонатора, что дает более высокую мощность, меньшую ширину линии и уменьшение пространственного выгорания дырок.

На чипе лазеры размещаются в небольших колодцах или канавках, выгравированных в ниобате лития, и обеспечивают оптическую мощность до 60 мВт в волноводах, изготовленных на тех же платформах. Команда объединила лазер с электрооптическим модулятором на 50 ГГц из ниобата лития, чтобы создать мощный передатчик.

«Интеграция высокопроизводительных лазеров plug-and-play значительно снизит стоимость, сложность и энергопотребление будущих систем связи», — сказал Амирхассан Шамс-Ансари, аспирант SEAS и первый автор исследования. «Это строительный блок, который можно интегрировать в более крупные оптические системы для целого ряда приложений в сенсорах, лидарах и телекоммуникациях».

Комбинируя тонкопленочные устройства на основе ниобата лития с мощными лазерами с использованием дружественного для отрасли процесса, работа представляет собой ключевой шаг к крупномасштабным, недорогим и высокопроизводительным массивам передатчиков и оптическим сетям. Затем команда стремится увеличить мощность и масштабируемость лазера для еще большего количества приложений.

Управление развития технологий Гарварда защитило интеллектуальную собственность, связанную с инновациями лаборатории Loncar Lab в системах ниобата лития. Лонкар является соучредителем HyperLight Corp., стартапа, который был запущен для коммерциализации интегрированных фотонных чипов на основе определенных инноваций, разработанных в его лаборатории.

Источник: https://www.photonics.com/Articles/Integrated_Laser_on_Lithium_Niobate_Chip_Supports/a67945