I dispositivi di misurazione della luce chiamati pettini di frequenza ottica hanno rivoluzionato la metrologia, la spettroscopia, gli orologi atomici e altre applicazioni. Tuttavia, le sfide legate allo sviluppo di generatori a pettine di frequenza su scala di microchip ne hanno limitato l'uso nelle tecnologie quotidiane come l'elettronica portatile.
In uno studio pubblicato su Nature Communications , i ricercatori dell'Università di Rochester descrivono i nuovi laser a microcomb da loro sviluppati che superano i limiti precedenti e presentano un design semplice che potrebbe aprire la porta a un'ampia gamma di usi.
I pettini di frequenza ottica generano uno spettro di luce costituito da più fasci coerenti, ciascuno sintonizzato su una frequenza o un colore diverso, a distanze equidistanti. La forma risultante ricorda i denti di un pettine. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno lavorato per creare versioni miniaturizzate di questa tecnologia, o micropettini, che possano adattarsi a piccoli chip.
Ma anche se gli scienziati hanno fatto progressi nella prototipazione dei micropettini, hanno avuto un successo limitato nella produzione di versioni praticabili che possono essere applicate in dispositivi pratici. Gli ostacoli includono bassa efficienza energetica, controllabilità limitata, risposte meccaniche lente e la necessità di una sofisticata preconfigurazione del sistema.
Un team di ricercatori guidati da Qiang Lin, professore presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica di Rochester e presso l'Istituto di ottica, ha creato un approccio unico per risolvere queste sfide in un unico dispositivo.
Secondo Jingwei Ling, un dottorato in ingegneria elettrica e informatica. studente del laboratorio di Lin e autore principale dell'articolo, gli approcci precedenti di solito si basano su un laser a lunghezza d'onda singola iniettato in un convertitore non lineare in grado di trasferire la singola lunghezza d'onda in più lunghezze d'onda, formando il pettine ottico.
"Abbiamo eliminato la singola lunghezza d'onda perché ciò degraderebbe l'efficienza del sistema", afferma Ling. "Abbiamo invece tutto il pettine stesso che viene amplificato in un circuito di feedback all'interno del sistema, in modo che tutte le lunghezze d'onda vengano riflesse e potenziate all'interno di un singolo elemento."
La semplicità del laser a microcomb "tutto in uno" si traduce in minori richieste di energia, costi inferiori, elevata possibilità di regolazione e un funzionamento chiavi in mano.
"È facile da usare", afferma il coautore Zhengdong Gao, anche lui dottore di ricerca in ingegneria elettrica e informatica. studente nel laboratorio di Lin. "I metodi precedenti rendono difficile l'eccitazione del pettine, ma con questo metodo dobbiamo solo accendere la fonte di alimentazione e possiamo controllare direttamente il pettine."
Rimangono ostacoli per l'implementazione di questi laser a microcomb, in particolare con lo sviluppo di tecniche di fabbricazione per creare componenti così piccoli entro le tolleranze necessarie per la produzione. Ma i ricercatori sperano che i loro dispositivi possano essere utilizzati per applicazioni come sistemi di telecomunicazioni e rilevamento e rilevamento della luce (LiDAR) per veicoli autonomi.
