2021-05-17
 
微小的光子设备可用于寻找新的系外行星,监测我们的健康并提高互联网的能效
2021年05月17日   阅读量:5059

微小的光子设备可用于寻找新的系外行星,监测我们的健康并提高互联网的能效。瑞典查尔默斯科技大学的研究人员现在提出了一种改变游戏规则的微梳子,该梳子可以使高级应用更加接近现实。


微梳是一种光子器件,能够在称为微谐振器的微小腔体上产生无数的光频率-颜色。这些颜色均匀分布,因此微梳的行为就像“光制成的标尺”。该设备可用于以极高的精度测量或生成频率。


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在《自然光子学》(Nature Photonics)杂志上的一篇最新文章中,八名查尔默斯(Chalmers)研究人员描述了一种基于两个微谐振器的新型微芯片芯片。新的微梳是一种相干,可调谐和可复制的设备,其净转换效率比现有技术高出十倍。


“该结果之所以重要,是因为它们代表了效率,低功率运行和控制方面的独特组合,这在该领域是空前的,”该系的博士生óskarBjarki Helgason说查默斯(Chalmers)的微技术和纳米科学教授,也是该文章的第一作者。


查默斯(Chalmers)研究人员并不是第一个在芯片上演示微梳的人,但他们已经开发出一种克服了该领域中一些众所周知的局限性的方法。关键因素是使用两个光腔-微谐振器-而不是一个。这种布置导致独特的物理特性。


新开发的微梳子放置在芯片上,非常小,可以放在人发的末端。梳齿之间的缝隙非常宽,这为研究人员和工程师都提供了巨大的机会。


广泛的潜在应用


由于几乎任何测量都可以与频率相关联,因此微梳提供了广泛的潜在应用。例如,它们可以从根本上降低光通信系统中的功耗,并用数据中心互连中的单个芯片级微梳代替数十个激光器。它们还可以用于自动驾驶汽车的激光雷达中,以测量距离。


可以利用微梳子的另一个令人兴奋的领域是用于专门用于发现类地球系外行星的天文观测台中使用的光谱仪的校准。


我们的手机还可以提供极其精确的光学时钟和健康监控应用程序。通过分析呼出空气的成分,可以在早期阶段诊断出疾病。


提供尚未回答的问题的答案


“要使该技术实用并在实验室外使用,我们需要将其他元件与微谐振器共同集成,例如激光器,调制器和控制电子设备。


这是一个巨大的挑战,可能需要5到10年的时间,投资于工程研究。但我坚信这将会实现。”领导查尔默斯研究项目的维克托·托雷斯(Victor Torres Company)说。他继续:


“最有趣的进步和应用是我们甚至尚未想到的进步。这可能是由于在同一芯片上具有多个微梳的可能性所致。我们用数十个微梳无法做到的,而我们却可以做到。 ?”


频率梳和微梳


频率梳是一种特殊的激光器,其发射频率均匀分布。它起着由光制成的标尺的作用,其中的标记设置了从紫外线到中红外的电磁频谱的一部分的频率范围。标记的位置可以链接到已知参考。这是在90年代后期实现的,它标志着精密计量学的一场革命-这一成就获得了2005年诺贝尔物理学奖的认可。


微梳是一种现代技术,可以替代锁模激光器,以惊人的速度产生重复的光脉冲。它们是通过将激光发送到称为微谐振器的微小光学腔而产生的。


因此,微梳具有两个重要的属性,使其在实际应用中极具吸引力:标记之间的频率间隔非常大(通常在10-1,000 GHz之间),远高于锁模激光频率梳中的间隔;


以及它们可以用光子集成技术实现。与光子集成的兼容性在减小尺寸,降低功耗以及达到大众市场应用的可能性方面带来了好处。牙齿之间的大间距意味着微梳子可用于新型应用,


查默斯(Chalmers)新型增强微梳的关键在于研究人员使用了两个微谐振器,而不是一个。微谐振器彼此相互作用,类似于原子在形成双原子分子时如何结合在一起。这种布置被称为光子分子,并具有独特的物理特性。


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