Buitenlands team bouwt stabielere, efficiëntere kamlasers

Onlangs heeft illumtra, een start-up voor lasertechnologie, samengewerkt met het Duitse Onderzoekscentrum voor Electron Synchrotron (DESY) in Hamburg om succesvol samen te werken aan de ontwikkeling van een kamlaser die stabieler en efficiënter is qua ontwerp.
Het hoogtepunt van deze ontwikkeling is hun demonstratie van een microresonator met programmeerbare gesynthetiseerde reflecties die op maat gemaakte injectiefeedback biedt voor het aandrijven van de laser. Deze technologie biedt aanzienlijke voordelen ten opzichte van conventionele zelfinjectiesloten en kan worden geproduceerd met behulp van standaard lithografische technieken.
De kamlasers zijn in staat lichtbronnen uit te zenden in een breed scala aan kleuren met frequentieafstanden variërend van 100 GHz tot 1 THz. De toepassing van deze technologie is van grote waarde voor datatransmissie op het gebied van optische communicatie en kunstmatige intelligentie.
Het voordeel van kamlasers is de zuiverheid van de kleuren die ze uitzenden. In toepassingen zoals optische communicatie is er behoefte aan een laser die meerdere pure kleuren licht kan uitzenden, en kamlasers voorzien in deze behoefte.
Om de zuiverheid van kamlasers te verbeteren, is zelfinjectievergrendeling een standaardmethode in de industrie geworden. Deze methode maakt gebruik van een ringresonator om ruis weg te filteren, zorgt ervoor dat licht wordt teruggekaatst door willekeurige defecten in de ring via Rayleigh-terugverstrooiing, en wordt terug in de laser geïnjecteerd voor vergrendeling.
"Het probleem met het vertrouwen op willekeurige defecten is dat ze kleurafhankelijk kunnen zijn en dat de intensiteit niet sterk en stabiel genoeg is", zegt John Jost, een van de auteurs van het artikel en medeoprichter van Enlightenment. "Er zijn enkele beperkingen, vooral wanneer we meer licht terug in de laser willen brengen, omdat dit van cruciaal belang is om effectieve injectievergrendeling te bereiken."
De belangrijkste doorbraak in dit onderzoek was het ontwerp van een speciale modus die gerichte terugverstrooiing van licht binnen de ringresonator mogelijk maakt. Deze modus is specifiek geoptimaliseerd voor een bepaalde kleur, waardoor ervoor wordt gezorgd dat meer licht efficiënt wordt teruggestuurd naar de laser voor injectievergrendeling.
De kamlasers van Illumtra hebben geïntegreerde lichtbronmogelijkheden waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor optische I/O-oplossingen en gedistribueerde computer- en geheugenarchitecturen.
Om de effectiviteit ervan te valideren, voerden de auteurs verschillende tests uit met behulp van op maat gemaakte nanoringresonatoren met verschillende structuren. Ze koppelden een halfgeleiderlaserdiode aan een fotonische chip met een geïntegreerde ringresonator. De techniek werd gevalideerd in de C-band, maar zou theoretisch even effectief kunnen zijn in alle telecombanden. De eigenlijke resonator is gebouwd op een geïntegreerde fotonische chip met behulp van siliciumbekledingstechnologie en ingebed met een fotonische kristalringresonator van siliciumnitride.
Jost zei: "De fotonische geïntegreerde schakelingen die in dit werk worden gebruikt, zijn vervaardigd op productielijnen van industriële kwaliteit, dus de technologie is klaar voor productie op grote schaal." Hij merkte verder op: "Dit vermogen om de lichtverstrooiing nauwkeurig te controleren opent een geheel nieuw scala aan mogelijkheden voor meer geavanceerde ontwerpen, waardoor we het kamlaserspectrum kunnen aanpassen aan de behoeften van de echte wereld, wat een ongekende flexibiliteit mogelijk maakt."
De laser kan in perfecte combinatie worden gebruikt met een breed scala aan fotonische geïntegreerde schakelingen, zoals voor het bouwen van snelle optische I/O-units of optisch veldprogrammeerbare gate-arrays. De technologie zal een aanzienlijke impact hebben op data-intensieve toepassingen, zoals op het gebied van generatieve kunstmatige intelligentie, en zal ook een sterke impuls geven aan de ontwikkeling van nieuwe computer- en geheugenarchitecturen.