과학자가 광대역 양자를 개발하다

2023년 7월 27일

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1990년대 후반 레이저 주파수 빗이 개념화된 이후로 주파수와 시간의 정확한 측정에 혁명이 일어났습니다. 광학 시계 및 정밀 분광학에서의 초기 사용 외에도 OFC(광주파수 빗)는 자외선 및 적외선(IR) 분광학, 원격 감지, 광주파수 합성 및 고속 광통신을 포함한 다양한 응용 분야에서 강력한 잠재력을 보여 왔습니다.

그러나 진폭 변조(AM) OFC에 의해 전달되는 강력한 광 펄스는 많은 마이크로링 변조기가 배치되는 조밀한 파장 분할 다중화(DWDM) 시스템에 적합하지 않습니다. 이는 광 펄스의 높은 순간 전력으로 인해 강한 열 비선형성이 발생하기 때문입니다.

반면, 광대역 OFC의 형성은 도파관의 군속도 분산(GVD)에 대한 세심한 엔지니어링에 의존하는데, 이는 GVD가 주로 재료에 의해 결정되는 플랫폼에서는 어려운 일입니다. 따라서 산업에서 OFC를 사용하려면 OFC의 시스템 크기, 무게, 전력 소비 및 비용(SWaP-C)을 개선해야 합니다.

Light: Science & Application에 발표된 새로운 논문에서, 미국 캘리포니아주 산타바바라 소재 캘리포니아 대학교 에너지 효율 연구소의 John Bowers 교수가 이끄는 과학자 팀은 다음을 기반으로 하는 주파수 변조(FM) 빗을 개발했습니다. 첨단 양자점(QD) 레이저. 적절한 레이저 캐비티 설계는 Telecom O-Band에서 2.2THz의 기록적인 3dB 광 대역폭을 가능하게 합니다.

채널 간격은 60GHz로 크며 이는 데이터 전송에서 채널 누화를 제거하는 데 유용합니다. 더 흥미롭게도 이 준연속파 FM 빗은 통합 DWDM 시스템에 유리한 강한 광 펄스를 전달하지 않습니다.

QD 레이저를 활용하여 광대역 FM 빗은 길이 1.35mm, 폭 2.6um의 레이저 캐비티에서 생성되며 벽 플러그 효율은 12% 이상 높습니다. 다른 통합 OFC 기술과 비교하여 보고된 QD 레이저 기반 FM 빗은 학계와 업계 모두에서 추구하는 솔루션인 우수한 SWaP-C를 나타냅니다.

QD의 뛰어난 재료 특성으로 인해 QD는 FM 빗 생성을 위한 유망한 플랫폼이 되었습니다. 초고속 이득 역학은 거대한 Kerr 비선형성 및 4파 혼합을 허용하므로 QD 레이저는 기존 양자 우물 다이오드 레이저보다 광통신 대역에서 FM 빗살 생성을 위한 더 나은 후보가 됩니다.

중요한 것은 이 보고된 접근 방식을 통해 도파관 분산을 주의 깊게 엔지니어링할 필요 없이 광 대역폭을 향상시킬 수 있다는 것입니다. 이러한 성과는 레이저의 포화 흡수체 부분에 적용되는 전압에 의해 간단히 제어될 수 있는 Kerr 비선형성 엔지니어링을 통해 실현됩니다. 따라서 이 접근 방식은 제조 공정의 문제를 줄여줍니다. 이 과학자들은 이 연구의 성과에 대해 다음과 같이 논평합니다.

"이것은 사고의 진화입니다. 최초의 모드 고정 레이저는 1963년에 시연되었으며 그 이후로 엄청난 발전이 이루어졌습니다. 모드 고정 레이저는 AM(진폭-진폭- 변조) 특성. 그러나 우리는 반드시 그럴 필요가 없음을 보여줍니다. FM(주파수 변조) 모드 고정 레이저는 르네상스를 경험하고 있습니다. 준파형과 함께 광대역 및 평면형 스펙트럼을 제공하는 것이 그 특성입니다. 연속파 방출."