Un team straniero costruisce laser a pettine più stabili ed efficienti

Recentemente, la startup di tecnologia laser illumtra ha collaborato con il Centro di ricerca tedesco per l’elettrosincrotrone (DESY) di Amburgo per collaborare con successo allo sviluppo di un laser a pettine dal design più stabile ed efficiente.
Il clou di questo sviluppo è la dimostrazione di un microrisonatore con riflessioni sintetizzate programmabili che fornisce un feedback di iniezione personalizzato per azionare il laser. Questa tecnologia offre vantaggi significativi rispetto alle tradizionali serrature ad autoiniezione e può essere prodotta utilizzando tecniche di litografia standard.
I laser a pettine sono in grado di emettere sorgenti luminose in un'ampia gamma di colori con spaziature di frequenza che vanno da 100 GHz a 1 THz. L’applicazione di questa tecnologia è di grande valore per la trasmissione dei dati nei campi delle comunicazioni ottiche e dell’intelligenza artificiale.
Il vantaggio dei laser a pettine è la purezza dei colori che emettono. In applicazioni come le comunicazioni ottiche, è necessario un laser in grado di emettere più colori puri di luce e i laser a pettine soddisfano questa esigenza.
Per migliorare la purezza dei laser a pettine, il bloccaggio dell'autoiniezione è diventato un metodo standard nel settore. Questo metodo utilizza un risonatore ad anello per filtrare il rumore, fa sì che la luce venga riflessa da difetti casuali all'interno dell'anello attraverso la retrodiffusione di Rayleigh e venga reimmessa nel laser per il bloccaggio.
"Il problema nell'affidarsi ai difetti casuali è che possono dipendere dal colore e l'intensità non è sufficientemente forte e stabile", ha affermato John Jost, uno degli autori dell'articolo e co-fondatore di Enlightenment, "Ci sono alcune limitazioni, soprattutto quando vogliamo reimmettere più luce nel laser, poiché ciò è fondamentale per ottenere un bloccaggio efficace dell'iniezione."
La svolta fondamentale in questa ricerca è stata la progettazione di una modalità speciale che consente la retrodiffusione direzionale della luce all'interno del risonatore ad anello. Questa modalità è ottimizzata specificamente per un colore particolare, garantendo che più luce venga rinviata in modo efficiente al laser per il bloccaggio dell'iniezione.
I laser a pettine di Illumtra hanno funzionalità di sorgente luminosa integrate che li rendono particolarmente adatti per soluzioni I/O ottiche e architetture di memoria e calcolo distribuito.
Per convalidarne l'efficacia, gli autori hanno eseguito una serie di test utilizzando risonatori a nano-anello personalizzati con strutture diverse. Hanno agganciato un diodo laser a semiconduttore a un chip fotonico con un risonatore ad anello integrato. La tecnica è stata validata nella banda C, ma teoricamente potrebbe essere ugualmente efficace in tutte le bande di telecomunicazioni. Il risonatore vero e proprio è costruito su un chip fotonico integrato che utilizza la tecnologia di rivestimento in silicio e incorporato con un risonatore ad anello in cristallo fotonico di nitruro di silicio.
Jost ha affermato: "I circuiti integrati fotonici utilizzati in questo lavoro sono stati fabbricati su linee di produzione di livello industriale, quindi la tecnologia è pronta per la produzione su larga scala". Ha inoltre osservato: "Questa capacità di controllare con precisione la diffusione della luce apre una gamma completamente nuova di possibilità per progetti più avanzati, che ci consentiranno di personalizzare lo spettro del laser a pettine per soddisfare le esigenze del mondo reale, consentendo una flessibilità senza precedenti".
Il laser può essere utilizzato in perfetta combinazione con un'ampia gamma di circuiti integrati fotonici, ad esempio per costruire unità I/O ottiche veloci o array di gate ottici programmabili sul campo. La tecnologia avrà un impatto significativo sulle applicazioni ad alta intensità di dati, come nel campo dell’intelligenza artificiale generativa, e fornirà anche un forte impulso allo sviluppo di nuove architetture di calcolo e di memoria.