Apesar de todos os avanços recentes em circuitos fotônicos de niobato de lítio integrados – de pentes de frequência a conversores e moduladores de frequência – um grande componente permaneceu frustrantemente difícil de integrar:lasers.
Redes de telecomunicações de longa distância, interconexões ópticas de data centers e sistemas fotônicos de micro-ondas dependem de lasers para gerar uma portadora óptica usada na transmissão de dados. Na maioria dos casos, os lasers são dispositivos autônomos, externos aos moduladores, tornando todo o sistema mais caro e menos estável e escalável.

Agora, pesquisadores da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), em colaboração com parceiros da indústria da Freedom Photonics e da HyperLight Corporation, desenvolveram o primeiro laser de alta potência totalmente integrado em um chip de niobato de lítio, abrindo caminho para sistemas de telecomunicações de alta potência, espectrômetros totalmente integrados, sensoriamento remoto óptico e conversão de frequência eficiente para redes quânticas, entre outras aplicações.

“A fotônica de niobato de lítio integrada é uma plataforma promissora para o desenvolvimento de sistemas ópticos em escala de chip de alto desempenho, mas colocar um laser em um chip de niobato de lítio provou ser um dos maiores desafios de design”, disse Marko Loncar, o Tiantsai Lin Professor de Engenharia Elétrica e Física Aplicada na SEAS e autor sênior do estudo. “Nesta pesquisa, usamos todos os truques e técnicas de nanofabricação aprendidas com desenvolvimentos anteriores em fotônica de niobato de lítio integrada para superar esses desafios e alcançar o objetivo de integrar um laser de alta potência em uma plataforma de niobato de lítio de filme fino”.

A pesquisa é publicada na revista Optica .

Loncar e sua equipe usaram pequenos mas poderosos lasers de feedback distribuído para seu chip integrado. No chip, os lasers ficam em pequenos poços ou trincheiras gravados no niobato de lítio e fornecem até 60 miliwatts de potência óptica nos guias de onda fabricados na mesma plataforma. Os pesquisadores combinaram o laser com um modulador eletro-óptico de 50 gigahertz em niobato de lítio para construir um transmissor de alta potência.

"A integração de lasers plug-and-play de alto desempenho reduziria significativamente o custo, a complexidade e o consumo de energia dos futuros sistemas de comunicação", disse Amirhassan Shams-Ansari, estudante de pós-graduação da SEAS e primeiro autor do estudo. "É um bloco de construção que pode ser integrado a sistemas ópticos maiores para uma variedade de aplicações, em sensoriamento, lidar e telecomunicações de dados."

Ao combinar dispositivos de niobato de lítio de filme fino com lasers de alta potência usando um processo amigável para a indústria, esta pesquisa representa um passo fundamental para matrizes de transmissores e redes ópticas de grande escala, baixo custo e alto desempenho. Em seguida, a equipe pretende aumentar a potência e a escalabilidade do laser para ainda mais aplicações. + Explorar mais

Deslocadores de frequência no chip na faixa de gigahertz podem ser usados ​​em computadores e redes quânticas de próxima geração