Pentes de frequência óptica são fontes de laser cujo espectro consiste em uma série de discretas, linhas de frequência igualmente espaçadas que podem ser usadas para medições precisas. Nas últimas duas décadas, eles se tornaram uma ferramenta importante para aplicações como medição precisa de distância, espectroscopia, e telecomunicações.

A maioria das fontes de pente de frequência óptica disponíveis comercialmente com base em lasers de bloqueio de modo são grandes e caras, limitando seu potencial para uso em grandes volumes e aplicações portáteis. Embora versões em escala de chip de pentes de frequência óptica usando microrressonadores tenham sido demonstradas pela primeira vez em 2007, uma forma totalmente integrada foi prejudicada por grandes perdas de material e mecanismos de excitação complexos.

As equipes de pesquisa lideradas por Tobias J. Kippenberg na EPFL e Michael L. Gorodetsky no Russian Quantum Center construíram agora uma microcomba soliton integrada operando a uma taxa de repetição de 88 GHz usando um diodo laser de fosfeto de índio em escala de chip e nitreto de silício (Si ₃ N ₄ ) microrressonador. Com apenas um centímetro cúbico de tamanho, o dispositivo é o menor de seu tipo até o momento.

O nitreto de silício (Si ₃ N ₄ ) o microrressonador é fabricado usando um processo de refluxo Damasceno fotônico patenteado que produz perdas inigualáveis ​​em fotônica integrada. Esses guias de onda de ultrabaixa perda preenchem a lacuna entre o diodo laser baseado em chip e os níveis de potência necessários para excitar os estados dissipativos de solitão de Kerr, que fundamentam a geração de pentes de frequência óptica.

O método usa lasers de fosfeto de índio baseados em chip comercialmente disponíveis, em oposição aos módulos de laser em massa convencionais. No trabalho relatado, uma pequena porção da luz do laser é refletida de volta para o laser devido ao espalhamento intrínseco do microrressonador. Este feedback direto ajuda a estabilizar o laser e gerar o pente soliton. Isso mostra que tanto o ressonador quanto o laser podem ser integrados em um único chip, oferecendo uma melhoria única em relação à tecnologia anterior.

"Há um interesse significativo em fontes de pente de frequência óptica que são acionadas eletricamente e podem ser totalmente integradas fotonicamente para atender às demandas de aplicações de próxima geração, especialmente LIDAR e processamento de informações em data centers, "diz Kippenberg." Isso não representa apenas um avanço tecnológico no campo dos solitons dissipativos de Kerr, mas também fornece uma visão sobre sua dinâmica não linear, junto com um feedback rápido da cavidade. "

Todo o sistema pode caber em um volume inferior a 1cm3 e pode ser controlado eletricamente. "A compactação, método de ajuste fácil, operação de baixo custo e baixa taxa de repetição tornam este sistema de microcombas interessante para aplicações de manufatura em massa, "diz o estudante de doutorado Arslan Sajid, o principal autor do estudo. "Sua principal vantagem é o feedback óptico rápido, o que elimina a necessidade de um mecanismo eletrônico ativo ou de qualquer outro mecanismo de ajuste no chip. "

Os cientistas agora pretendem demonstrar um espectrômetro integrado e uma fonte de múltiplos comprimentos de onda e melhorar o processo de fabricação e o método de integração ainda mais para impulsionar a fonte de microcombina a uma taxa de repetição de microondas.