El nou làser de mode dual produeix pintes AM i FM independents al mateix dispositiu

Recentment, un equip d'investigadors de la Universitat de Califòrnia, Santa Bàrbara (UCSB), liderat per John Bowers, va anunciar que han desenvolupat un làser bloquejat en mode de punt quàntic (QD) capaç de generar de manera independent modulació d'amplitud (AM) i pintes de modulació de freqüència (FM) al mateix dispositiu. En el futur, aquests làsers de mode dual de banda ampla podrien proporcionar pintes de freqüència compactes i eficients energèticament per a PIC de silici en centres de dades i altres aplicacions.
Els investigadors diuen que la plataforma de punt quàntic (QD) permet que l'ample de banda dels dispositius anteriors rivalitzi amb els làsers bloquejats en mode QD més superiors revelats fins ara. Tant les amplades de pols AM com FM generades als dispositius UCSB compleixen els darrers requisits tècnics per als làsers bloquejats en mode QD.
Tot i que les pintes de freqüència òptica tenen una àmplia gamma d'aplicacions en aplicacions de teledetecció, espectroscòpia i comunicacions òptiques, els polsos òptics lliurats per les pintes de freqüència AM no són favorables per als sistemes de multiplexació per divisió de longitud d'ona densa (DWDM). Aquests sistemes utilitzen molts moduladors de micro-anells, i l'alta potència instantània del pols òptic produeix fortes no linealitats tèrmiques.
D'altra banda, segons investigadors de la Universitat de Califòrnia, Santa Bàrbara (UCSB), la formació de pintes de freqüència òptica de banda ampla es basa en el disseny acurat de la dispersió de velocitat de grup (GVD) de la guia d'ona.
Aquest és un repte per a plataformes on la dispersió de la velocitat del grup (GVD) ve determinada pel material. Per tant, la mida del sistema, el pes, el consum d'energia i el cost (SWaP-C) de les pintes de freqüència òptica s'han de millorar per augmentar la probabilitat del seu ús a la indústria.
Els investigadors van utilitzar una estructura de pols de col·lisió per donar al làser bloquejat en mode de punt quàntic una freqüència de repetició ràpida de 60 GHz. Això permet que el làser QD proporcioni suport per als sistemes DWDM i redueixi la diafonia dels canals en la transmissió de dades. La cavitat làser s'ha dissenyat per permetre una amplada de banda òptica de 3 db de fins a 2,2 terahertzs ​​a la banda O de telecomunicacions. La pinta FM de banda ampla és generada per una cavitat làser d'1,35 mm de llarg i 2,6 μm d'amplada, i té una alta eficiència d'inserció de paret de més del 12 per cent.
A més de la dispersió de velocitat de grup (GVD) de la guia d'ones, la generació de la pinta FM es basa en les propietats no lineals de la regió activa del làser, inclosa la crema de forats espacials, les no linealitats de Kerr i la barreja de quatre ones. El QD El làser bloquejat en mode, amb una alta eficiència de mescla de quatre ones de ?5 dB, és capaç de generar de manera eficient la pinta FM.
Els làsers són una plataforma prometedora per generar punts quàntics (QD) modulats en amplitud (AM) i modulats en freqüència (FM). Els mecanismes d'aquestes pintes són diferents i estan determinats per la dinàmica de guany del làser. La formació del pentinat AM requereix un guany lent, que es pot aconseguir aplicant un corrent d'injecció baix a la secció de guany del làser QD.
La formació del pentinat FM es basa en un guany ràpid per produir grans no linealitats de Kerr i barreja de quatre ones. Això es pot aconseguir simplement controlant el guany i la desviació de l'absorbidor saturable. L'enginyeria de la no linealitat de Kerr ajuda a augmentar dràsticament l'amplada de banda òptica de 3 db a 2,2 terahertz.
Els investigadors també van mostrar com es pot augmentar l'amplada de banda del pentinat de modulació de freqüència (FM) en un làser QD mitjançant l'enginyeria de la no linealitat de Kerr sense necessitat d'enginyeria GVD. Això es va aconseguir aplicant una tensió a la part d'absorció saturable del làser. Aquest enfocament també redueix el repte del procés de fabricació, diuen els investigadors. L'enorme no linealitat de Kerr i les propietats de barreja de quatre ones dels làsers de punts quàntics els fan més adequats per a la generació de pentinats FM a la banda de comunicacions òptiques que els làsers de díode quàntics convencionals.
En comparació amb les pintes FM generades per altres tecnologies integrades de pintes de freqüència òptica (OFC), els investigadors van determinar que les pintes FM basades en làser de punt quàntic (QD) tenen un SWaP-C superior. Les característiques de banda ampla de les pintes FM els fan més adequats per a sistemes de comunicació òptica d'alta capacitat que les pintes FM convencionals. A més, la tecnologia és compatible amb CMOS.