Noul laser cu mod dublu produce piepteni AM și FM independenți pe același dispozitiv

Recent, o echipă de cercetători de la Universitatea din California, Santa Barbara (UCSB), condusă de John Bowers, a anunțat că a dezvoltat un laser cu modul de blocare a punctelor cuantice (QD) care este capabil să genereze în mod independent modulație de amplitudine (AM) și piepteni de modulație de frecvență (FM) pe același dispozitiv. În viitor, astfel de lasere cu mod dublu de bandă largă ar putea oferi piepteni de frecvență compacti, eficienti din punct de vedere energetic pentru PIC-urile din siliciu din centrele de date și alte aplicații.
Cercetătorii spun că platforma quantum dot (QD) permite lățimii de bandă a dispozitivelor de mai sus să rivalizeze cu cele mai superioare lasere blocate în modul QD dezvăluite până în prezent. Atât lățimile de impulsuri AM, cât și FM generate în dispozitivele UCSB îndeplinesc cele mai recente cerințe tehnice pentru laserele blocate în modul QD.
Deși pieptenii de frecvență optică au o gamă largă de aplicații în aplicații de teledetecție, spectroscopie și comunicații optice, impulsurile optice furnizate de pieptenii de frecvență AM nu sunt favorabile pentru sistemele de multiplexare cu diviziune densă a lungimii de undă (DWDM). Aceste sisteme folosesc mulți modulatori micro-ring, iar puterea instantanee mare a impulsului optic produce neliniarități termice puternice.
Pe de altă parte, conform cercetătorilor de la Universitatea din California, Santa Barbara (UCSB), formarea pieptenilor de frecvență optică de bandă largă se bazează pe proiectarea atentă a dispersiei vitezei de grup (GVD) a ghidului de undă.
Aceasta este o provocare pentru platformele în care dispersia vitezei de grup (GVD) este determinată de material. Prin urmare, dimensiunea sistemului, greutatea, consumul de energie și costul (SWaP-C) pieptenilor de frecvență optică trebuie îmbunătățite pentru a crește probabilitatea utilizării lor în industrie.
Cercetătorii au folosit o structură a impulsurilor de coliziune pentru a oferi laserului cu modul cuantic blocat o frecvență rapidă de repetiție de 60 GHz. Acest lucru permite laserului QD să ofere suport pentru sistemele DWDM și să reducă diafonia canalului în transmisia de date. Cavitatea laser a fost proiectată pentru a permite o lățime de bandă optică de 3 db de până la 2,2 teraherți în banda O de telecomunicații. Pieptene FM de bandă largă este generat de o cavitate laser care are 1,35 mm lungime și 2,6 μm lățime și are o eficiență ridicată de inserare a peretelui de peste 12%.
În plus față de dispersia vitezei de grup (GVD) a ghidului de undă, generarea pieptenului FM se bazează pe proprietățile neliniare ale regiunii active a laserului, inclusiv arderea găurilor spațiale, neliniaritățile Kerr și amestecarea cu patru unde. Laserul blocat în mod, cu o eficiență ridicată de amestecare a patru unde de ?5 dB, este capabil să genereze eficient pieptene FM.
Laserele sunt o platformă promițătoare pentru generarea de puncte cuantice (QD) modulate în amplitudine (AM) și modulate în frecvență (FM). Mecanismele acestor piepteni sunt diferite și sunt determinate de dinamica câștigului laserului. Formarea pieptenilor AM necesită un câștig lent, care poate fi obținut prin aplicarea unui curent de injecție scăzut la secțiunea de câștig a laserului QD.
Formarea pieptenilor FM se bazează pe câștig rapid pentru a produce neliniarități Kerr mari și amestecare cu patru unde. Acest lucru poate fi realizat prin simpla control al câștigului și a abaterii pe absorbantul saturabil. Ingineria neliniarității Kerr ajută la creșterea dramatică a lățimii de bandă optică de 3 db la 2,2 teraherți.
Cercetătorii au arătat, de asemenea, cum lățimea de bandă a pieptenelor de modulare a frecvenței (FM) într-un laser QD poate fi mărită prin proiectarea neliniarității Kerr fără a fi nevoie de inginerie GVD. Acest lucru a fost realizat prin aplicarea unei tensiuni la partea de absorbție saturabilă a laserului. Această abordare reduce, de asemenea, provocarea procesului de fabricație, spun cercetătorii. Neliniaritatea uriașă Kerr și proprietățile de amestecare a patru unde ale laserelor cu puncte cuantice le fac mai potrivite pentru generarea de pieptene FM în banda de comunicații optice decât laserele convenționale cu diodă cuantică.
În comparație cu pieptenii FM generați de alte tehnologii integrate de pieptene de frecvență optică (OFC), cercetătorii au determinat că pieptenii FM cu laser cu punct cuantic (QD) au un SWaP-C superior. Caracteristicile de bandă largă a pieptenilor FM le fac mai potrivite pentru sistemele de comunicații optice de mare capacitate decât pieptenii FM convenționali. În plus, tehnologia este capabilă de compatibilitate CMOS.