Pesquisadores da Universidade de Rochester criaram um microcomb laser em escala de chip com um design inovador que permite aos usuários controlar o pente de frequência óptica simplesmente ligando uma fonte de energia. Crédito:Universidade de Rochester / J. Adam Fenster Dispositivos de medição de luz chamados pentes de frequência óptica revolucionaram a metrologia, a espectroscopia, os relógios atômicos e outras aplicações. No entanto, os desafios com o desenvolvimento de geradores de frequência em escala de microchip limitaram seu uso em tecnologias cotidianas, como a eletrônica portátil.
Em um estudo publicado na Nature Communications , pesquisadores da Universidade de Rochester descrevem novos lasers microcomb que desenvolveram que superam as limitações anteriores e apresentam um design simples que pode abrir a porta para uma ampla gama de usos.
Os pentes de frequência óptica geram um espectro de luz que consiste em múltiplos feixes coerentes, cada um sintonizado em uma frequência ou cor diferente, em distâncias uniformemente espaçadas. O formato resultante lembra os dentes de um pente de cabelo. Nos últimos anos, os cientistas têm trabalhado para criar versões miniaturizadas desta tecnologia, ou microcombes, que possam caber em pequenos chips.
Mas embora os cientistas tenham feito progressos na prototipagem de microcombes, tiveram sucesso limitado na produção de versões viáveis que podem ser aplicadas em dispositivos práticos. Os obstáculos incluem baixa eficiência energética, controlabilidade limitada, respostas mecânicas lentas e a necessidade de pré-configuração sofisticada do sistema.
Uma abordagem simplificada
Uma equipe de pesquisadores liderada por Qiang Lin, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação de Rochester e do Instituto de Óptica, criou uma abordagem única para resolver esses desafios em um único dispositivo.
Doutorado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores. o estudante Zhengdong Gao ajusta um novo dispositivo laser microcomb "tudo em um" criado no laboratório do professor Qiang Lin. Crédito:Universidade de Rochester / J. Adam Fenster
De acordo com Jingwei Ling, Ph.D. em engenharia elétrica e de computação. estudante do laboratório de Lin e principal autor do artigo, as abordagens anteriores geralmente dependem de um laser de comprimento de onda único injetado em um conversor não linear que pode transferir o comprimento de onda único em vários comprimentos de onda, formando o pente óptico.
“Eliminamos o comprimento de onda único porque isso degradaria a eficiência do sistema”, diz Ling. "Em vez disso, temos todo o pente sendo amplificado em um ciclo de feedback dentro do sistema, de modo que todos os comprimentos de onda são refletidos e aprimorados dentro de um único elemento."
A simplicidade do laser microcomb "tudo em um" resulta em menores demandas de energia, custos mais baixos, alta capacidade de ajuste e operação pronta para uso.
“É fácil de operar”, diz o coautor Zhengdong Gao, também doutor em engenharia elétrica e de computação. estudante no laboratório de Lin. “Os métodos anteriores dificultam a excitação do pente, mas com este método só precisamos ligar a fonte de energia e podemos controlar o pente diretamente.”
Ainda existem obstáculos para a implementação desses lasers microcomb, especialmente com o desenvolvimento de técnicas de fabricação para criar componentes tão minúsculos dentro das tolerâncias necessárias para a fabricação. Mas os investigadores estão esperançosos de que os seus dispositivos possam ser usados para aplicações como sistemas de telecomunicações e detecção e alcance de luz (LiDAR) para veículos autónomos.
