Nonostante tutti i recenti progressi nei circuiti fotonici integrati al niobato di litio, dai pettini di frequenza ai convertitori di frequenza e ai modulatori, un grande componente è rimasto frustrantemente difficile da integrare:i laser.

Le reti di telecomunicazione a lungo raggio, le interconnessioni ottiche dei data center e i sistemi fotonici a microonde si affidano tutti ai laser per generare un vettore ottico utilizzato nella trasmissione dei dati. Nella maggior parte dei casi, i laser sono dispositivi autonomi, esterni ai modulatori, che rendono l'intero sistema più costoso e meno stabile e scalabile.

Ora, i ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), in collaborazione con i partner industriali di Freedom Photonics e HyperLight Corporation, hanno sviluppato il primo laser ad alta potenza completamente integrato su un chip di niobato di litio, aprendo la strada per sistemi di telecomunicazione ad alta potenza, spettrometri completamente integrati, telerilevamento ottico e conversione di frequenza efficiente per reti quantistiche, tra le altre applicazioni.

"La fotonica integrata al niobato di litio è una piattaforma promettente per lo sviluppo di sistemi ottici su scala di chip ad alte prestazioni, ma inserire un laser su un chip al niobato di litio si è rivelata una delle maggiori sfide di progettazione", ha affermato Marko Loncar, Tiantsai Lin Professore di Ingegneria Elettrica e Fisica Applicata al SEAS e autore senior dello studio. "In questa ricerca, abbiamo utilizzato tutti i trucchi e le tecniche di nanofabbricazione appresi dai precedenti sviluppi nella fotonica integrata del niobato di litio per superare queste sfide e raggiungere l'obiettivo di integrare un laser ad alta potenza su una piattaforma di niobato di litio a film sottile."

La ricerca è pubblicata sulla rivista Optica .

Loncar e il suo team hanno utilizzato piccoli ma potenti laser a feedback distribuito per il loro chip integrato. Su chip, i laser si trovano in piccoli pozzi o trincee incisi nel niobato di litio e forniscono fino a 60 milliwatt di potenza ottica nelle guide d'onda fabbricate nella stessa piattaforma. I ricercatori hanno combinato il laser con un modulatore elettro-ottico da 50 gigahertz in niobato di litio per costruire un trasmettitore ad alta potenza.

"L'integrazione di laser plug-and-play ad alte prestazioni ridurrebbe significativamente i costi, la complessità e il consumo energetico dei futuri sistemi di comunicazione", ha affermato Amirhassan Shams-Ansari, uno studente laureato presso SEAS e primo autore dello studio. "È un elemento costitutivo che può essere integrato in sistemi ottici più ampi per una vasta gamma di applicazioni, nel rilevamento, nel lidar e nelle telecomunicazioni di dati."

Combinando dispositivi al niobato di litio a film sottile con laser ad alta potenza utilizzando un processo favorevole al settore, questa ricerca rappresenta un passo fondamentale verso reti di trasmettitori e reti ottiche su larga scala, a basso costo e ad alte prestazioni. Successivamente, il team mira ad aumentare la potenza e la scalabilità del laser per un numero ancora maggiore di applicazioni. + Esplora ulteriormente

I traslatori di frequenza su chip nella gamma dei gigahertz potrebbero essere utilizzati nei computer e nelle reti quantistici di prossima generazione