Novi dual-mode laser proizvodi nezavisne AM i FM češljeve na istom uređaju

Nedavno je tim istraživača sa Kalifornijskog univerziteta u Santa Barbari (UCSB), predvođen Johnom Bowersom, objavio da su razvili laser sa kvantnom tačkom (QD) sa zaključavanjem moda koji je sposoban nezavisno generirati amplitudnu modulaciju (AM) i frekventne modulacije (FM) češljeve na istom uređaju. U budućnosti, takvi širokopojasni dual-mode laseri mogli bi osigurati kompaktne, energetski efikasne frekventne češljeve za silikonske PIC-ove u podatkovnim centrima i drugim aplikacijama.
Istraživači kažu da platforma kvantnih tačaka (QD) omogućava propusnost gore navedenih uređaja da pariraju najnaprednijim laserima sa zaključavanjem QD moda koji su otkriveni do sada. I AM i FM širine impulsa generirane u UCSB uređajima ispunjavaju najnovije tehničke zahtjeve za lasere sa zaključavanjem QD moda.
Iako optički frekventni češljevi imaju širok spektar primjena u aplikacijama daljinskog otkrivanja, spektroskopije i optičkih komunikacija, optički impulsi koje isporučuju AM frekvencijski češljevi nisu povoljni za sisteme multipleksiranja guste talasne dužine (DWDM). Ovi sistemi koriste mnoge mikro-prstenaste modulatore, a velika trenutna snaga optičkog impulsa proizvodi jake termalne nelinearnosti.
S druge strane, prema istraživačima sa Univerziteta u Kaliforniji, Santa Barbara (UCSB), formiranje širokopojasnih optičkih frekvencijskih češlja oslanja se na pažljivo dizajniranje grupne disperzije brzine (GVD) talasovoda.
Ovo je izazov za platforme gdje je disperzija grupne brzine (GVD) određena materijalom. Stoga, veličina sistema, težina, potrošnja energije i cijena (SWaP-C) češlja sa optičkim frekvencijama moraju biti poboljšani kako bi se povećala vjerovatnoća njihove upotrebe u industriji.
Istraživači su koristili kolizionu pulsnu strukturu da bi laseru sa zaključanim modom kvantnih tačaka dali brzu frekvenciju ponavljanja od 60 GHz. Ovo omogućava QD laseru da pruži podršku za DWDM sisteme i smanji preslušavanje kanala u prenosu podataka. Laserska šupljina je dizajnirana da omogući optički propusni opseg od 3 db do 2,2 teraherca u telekom O-opsegu. Širokopojasni FM češalj generiran je laserskom šupljinom koja je duga 1,35 mm i široka 2,6 μm i ima visoku efikasnost umetanja u zid od više od 12 posto.
Pored disperzije grupne brzine (GVD) talasovoda, generisanje FM češlja se oslanja na nelinearna svojstva aktivnog područja lasera, uključujući prostorno sagorevanje rupa, Kerrove nelinearnosti i četvorotalasno mešanje. QD Laser sa zaključavanjem moda, sa visokom četvorotalasnom efikasnošću mešanja od ?5 dB, može efikasno da generiše FM češalj.
Laseri su obećavajuća platforma za generiranje amplitudno moduliranih (AM) i frekvencijsko moduliranih (FM) kvantnih tačaka (QD). Mehanizmi ovih češljeva su različiti i određeni su dinamikom pojačanja lasera. Formiranje AM češlja zahtijeva sporo pojačanje, što se može postići primjenom niske struje ubrizgavanja na dio pojačanja QD lasera.
Formiranje FM češlja se oslanja na brzo pojačanje kako bi se proizvele velike Kerr nelinearnosti i četverovalno miješanje. Ovo se može postići jednostavnom kontrolom pojačanja i devijacije na zasićenom apsorberu. Inženjering Kerrove nelinearnosti pomaže da se dramatično poveća optički propusni opseg od 3 db na 2,2 teraherca.
Istraživači su takođe pokazali kako se širina opsega frekventne modulacije (FM) u QD laseru može povećati projektovanjem Kerrove nelinearnosti bez potrebe za GVD inženjeringom. Ovo je postignuto primjenom napona na apsorpcijski dio lasera koji se može zasititi. Ovaj pristup također smanjuje izazov procesa proizvodnje, kažu istraživači. Ogromna Kerrova nelinearnost i četverovalna svojstva miješanja lasera s kvantnim tačkama čine ih pogodnijim za generiranje FM češlja u optičkom komunikacijskom opsegu od konvencionalnih diodnih lasera s kvantnim bunarima.
U poređenju sa FM češljevima generisanim drugim tehnologijama integrisanog optičkog frekventnog češlja (OFC), istraživači su utvrdili da FM češljevi bazirani na kvantnim tačkama (QD) imaju superiorni SWaP-C. Širokopojasne karakteristike FM češlja čine ih pogodnijim za optičke komunikacione sisteme velikog kapaciteta od konvencionalnih FM češlja. Osim toga, tehnologija je sposobna za CMOS kompatibilnost.