Гарвардская команда создала модель для программируемых микро-лазеров
Лазеры в науке 20.07.2026 Комментарии к записи Гарвардская команда создала модель для программируемых микро-лазеров отключеныПрежде чем говорить о революции в телекоммуникациях, давайте выясним, что такого особенного в материале под названием ниобат лития.
Оптические частотные гребенки — это лазерные источники, которые испускают свет строго определенных цветов, расположенных на равном расстоянии друг от друга. Такие устройства стали незаменимым инструментом для сверхточных измерений. Они работают в оптических часах, в газовых спектрометрах и в приборах, которые охотятся за световыми отпечатками экзопланет. Раньше такие гребенки создавали с помощью больших волоконно-лазерных систем — размером от обувной коробки до холодильника.
Инженеры из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Поласона сейчас активно миниатюризируют эти мощные лазеры, превращая их в фотонные чипы. Получаются «микрогребенки» размером от миллиметра до микрона. Их ценят не только за компактность. Такие чипы открывают новые возможности в телекоммуникациях следующего поколения, например, позволяют передавать множество потоков данных по одному оптоволокну.
Недавнее исследование под руководством Марко Лончара, профессора электротехники и прикладной физики, предложило новую универсальную модель для создания резонансных электрооптических микрогребенок на основе тонкопленочного ниобата лития. Этот материал обладает сильным электрооптическим эффектом — проще говоря, он умеет эффективно смешивать электронные сигналы со световыми.
Ученые выяснили, что один такой чип может вмещать в себя генераторы микрогребенок, которые легко перепрограммировать простым изменением микроволнового сигнала на входе. Это делает их очень гибкими в настройке под разные задачи.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics.
Группа Лончара уже лет десять разрабатывает чиповые электрооптические микрогребенки. Их главные козыри — эффективность, стабильность и управляемость с помощью микроволн. Устройство работает так: лазер с одной частотой и микроволновый электрический сигнал встречаются в резонаторе, где электрооптический модулятор превращает их в широкополосную гребенку частот.
Ниобат лития в тонкой пленке дает эффект, который качественно отличается от работы старых громоздких систем. Из-за сильного электрооптического эффекта и низкого напряжения модуляции внутри чипа происходят крайне сильные изменения световых сигналов. Предыдущие модели уже не могли объяснить эти процессы.
Тогда команда решила шагнуть в неизведанные режимы работы и заодно досконально разобраться в физике происходящего. Чтобы это сделать, они спроектировали резонаторы из ниобата лития в форме длинных гоночных треков, встроив в них такие же длинные электрооптические модуляторы. Такая конструкция позволила выйти на глубину модуляции, которая была недостижима в громоздких системах.
В ходе экспериментов исследователи увидели множество новых типов поведения гребенок и соответствующих им лазерных импульсов внутри оптической полости. Систематически закартировав все эти эффекты в лаборатории, ученые создали физически наглядную, детальную и количественную модель резонансных электрооптических микрогребенок.
Первый автор работы, аспирант лаборатории Лончара Юньсян Сонг, рассказывает:
Используя эту чиповую платформу, мы смогли глубоко нырнуть в область высокой глубины модуляции электрооптических микрогребенок и досконально изучить все типы гребенок и, соответственно, импульсов, которые они могут поддерживать.
Полученные знания позволили вывести работу микрогребенок на новый уровень — теперь они могут использовать сразу несколько микроволновых сигналов, чтобы создавать широкополосную гребенку и охватывать больший диапазон светового спектра. Это открывает дорогу к микрогребенкам, которые смогут перекрывать неизведанные частоты, а это очень важно для метрологии и других задач.
Ранее ученые сообщили о разработке атомных часов размером с чип.
