En enda mikroresonatorkam i stället för tiotals lasrar
Varje gång vi skickar e-post, twittrar eller streamar en video, är vi beroende av laserljus för att överföra digital information i ett komplext nätverk av optiska fibrer. Tiotals högpresterande lasrar krävs för att fylla upp bandbredden. Nu visar forskare att alla dessa lasrar kan ersättas av en enda enhet – en mikroresonatorkam.
En mikroresonatorkam är en optisk enhet som genererar väldigt skarpa, regelbundet åtskilda, frekvenslinjer i ett litet mikrofotoniskt chip. Denna teknik utvecklades för ungefär ett decennium sedan och har nu nått en mognadsnivå som möjliggör nya applikationer som exempelvis laserradar, avkänning, tidtagning och optisk kommunikation.
Kärnan i en mikroresonatorkam är ett litet optiskt hålrum som begränsar och inskränker laserljus i rymden. Tekniken utgör en gynnsam miljö för att utforska nya ickelinjära fysiska fenomen – vilket chalmersforskare har dragit nytta av i ett samarbete med amerikanska forskare.
Ett hål av ljus
– Vi observerade att mikroresonatorkammens optiska frekvenser interfererade negativt under en kort tidsperiod, säger Victor Torres Company, docent, avdelningen för fotonik, institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap – MC2.
– Då bildades en våg inuti hålrummet, som liknade ett ”hål” av ljus. Det intressanta med den här vågformen är att den gav en hög effekt per frekvenslinje, vilket var viktigt för att möjliggöra dessa högpresterande experiment i fiberkommunikationssystem, säger Victor Torres Company, docent vid avdelningen för fotonik vid Chalmers.
Hur dessa ”mörka” ljuspulser uppstår är långt ifrån klarlagt, men forskarna tror att pulsernas unika egenskaper möjliggör nya applikationer inom fiberoptiska kommunikationssystem och spektroskopi.
– Det här är en ljus början för att bättre förstå uppkomsten av mörka pulser i mikroresonatorer och deras möjliga användning i optisk kommunikation. Forskningen kan leda till snabbare och mer energieffektiva optiska kommunikationslänkar i framtiden.
Stora framtida prestandakrav
De nya resultaten är frukten av ett samarbete mellan forskare på Purdue University i USA, som tillverkade proverna, och professor Peter Andreksons forskargrupp på avdelningen för fotonik på Chalmers, där det finns utrustning för forskning inom fiberoptisk kommunikation.
– Våra resultat är inte den första demonstrationen av kommunikation med en mikroresonatorkam, men det är första gången den uppnår en prestanda som är kompatibel med de starka kraven på framtida kommunikationssystem, säger Peter Andrekson, som också är en av författarna till artikeln i Nature Communications.
Huvudförfattare är Attila Fülöp, som försvarade sin avhandling Fiber-optic communications with microresonator frequency combs i april.
– Att få arbeta med mikroresonatorkammar i det här experimentet har varit en otrolig upplevelse. Demonstrationen har gjort det möjligt för oss att undersöka vilka krav som ställs på framtida datasändare i chip-skala, samtidigt som vi kan visa potentialen för den mycket spännande mörka pulskamtekniken, säger han.
Artikeln:
High-order coherent communications using mode-locked dark-pulse Kerr combs from microresonators. Nature Communications
Kontakt:
Victor Torres Company, docent, avdelningen för fotonik, institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap – MC2, Chalmers, torresv@chalmers.se
