科学者がブロードバンド量子を開発

2023 年 7 月 27 日

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1990 年代後半にレーザー周波数コムが考案されて以来、周波数と時間の正確な測定に革命をもたらしました。 光周波数コム (OFC) は、光時計や高精度分光法での初期の使用を超えて、紫外および赤外 (IR) 分光法、リモート センシング、光周波数合成、高速光通信などのさまざまな用途で強力な可能性を示しています。

ただし、振幅変調 (AM) OFC によって送出される強力な光パルスは、多数のマイクロリング変調器が配置されている高密度波長分割多重 (DWDM) システムには好ましくありません。 これは、光パルスの瞬間パワーが高いため、強い熱非線形性が生じるためです。

一方、広帯域 OFC の形成は導波路の群速度分散 (GVD) の慎重な設計に依存しますが、GVD が主に材料によって決まるプラットフォームにとっては困難です。 したがって、OFC を産業で使用するには、OFC のシステム サイズ、重量、消費電力、およびコスト (SWaP-C) を改善する必要があります。

Light: Science & Applications に掲載された新しい論文の中で、米国カリフォルニア大学サンタバーバラ校エネルギー効率研究所の John Bowers 教授率いる科学者チームは、以下に基づいた周波数変調 (FM) コムを開発しました。先進的な量子ドット (QD) レーザー。 適切なレーザーキャビティ設計により、テレコム O バンドで 2.2 THz という記録的な 3 dB 光帯域幅が可能になります。

チャネル間隔は 60 GHz と広く、データ伝送におけるチャネル クロストークの除去に有利です。 さらに興味深いことに、この準連続波 FM コムは強力な光パルスを送信しないため、統合 DWDM システムには有利です。

QD レーザーを利用することにより、広帯域 FM コムは長さ 1.35 mm、幅 2.6 μm のレーザー キャビティから生成され、12% 以上の高い壁面プラグ効率を実現します。 他の統合型 OFC 技術と比較して、報告されている QD レーザーに基づく FM コムは優れた SWaP-C を示し、これは学界と産業界の両方が追求しているソリューションです。

QD の優れた材料特性により、QD は FM コム生成の有望なプラットフォームとなります。 超高速利得ダイナミクスにより、巨大なカー非線形性と四光波混合が可能になるため、QD レーザーは、従来の量子井戸ダイオード レーザーよりも光通信帯域での FM コム生成のより良い候補となります。

重要なのは、この報告されたアプローチにより、導波路分散を慎重に設計する必要なく、光帯域幅を改善できるということです。 この成果は、カー非線形性のエンジニアリングによって実現され、レーザーの可飽和吸収体セクションに印加される電圧によって簡単に制御できます。 したがって、このアプローチにより、製造プロセスにおける課題が軽減されます。 これらの科学者は、この研究における成果について次のようにコメントしています。

「これは考え方の進化です。最初のモードロックレーザーは 1963 年に実証され、それ以来大きな進歩が見られました。以前は、モードロックレーザーはその AM (振幅-振幅) のために強力な光パルスを送出する必要があると考えられていました。 FM (周波数変調) モードロック レーザーはルネサンスを迎えていますが、その性質は広帯域でフラット トップのスペクトルを擬似周波数とともに提供することです。連続波放射。」