16:49 2022-11-30
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cipul fotonic permite amplificarea luminii
_ Cipul fotonic permite amplificarea luminii< /h3>
Abilitatea de a realiza o amplificare limitată cuantică a semnalelor optice conținute în fibrele optice este, fără îndoială, printre cele mai importante progrese tehnologice care stau la baza societății noastre informaționale moderne. În telecomunicațiile optice, alegerea benzii de lungime de undă de 1550 nm este motivată nu doar de minimele de pierdere ale fibrelor optice de silice (o dezvoltare recunoscută cu Premiul Nobel pentru Fizică 2008), ci și de existența unor modalități de amplificare a acestor semnale, cruciale pentru realizarea Comunicații trans-oceanice prin fibră optică.
Amplificarea optică joacă un rol cheie în aproape toate tehnologiile bazate pe laser, cum ar fi comunicația optică, utilizată, de exemplu, în centrele de date pentru a comunica între servere și între continente prin intermediul trans-oceanic. legături de fibră, la aplicații variate, cum ar fi LiDAR coerent cu undă continuă modulată în frecvență (FMCW) — o tehnologie emergentă care poate detecta și urmări obiecte mai departe, mai rapid și cu o precizie mai mare decât oricând.
Astăzi, amplificatoarele optice bazate pe ionii de pământuri rare, cum ar fi erbiul, precum și semiconductorii III-V, sunt utilizați pe scară largă în aplicații din lumea reală.
Aceste două abordări se bazează pe amplificarea prin tranziții optice. Dar există o altă paradigmă de amplificare a semnalului optic: amplificatoarele parametrice cu undă de călătorie, care realizează amplificarea semnalului prin variarea unui „parametru” mic de sistem, cum ar fi capacitatea sau neliniaritatea unei linii de transmisie.
Parametrică optică. amplificatoare
Se știe încă din anii 80 că neliniaritatea intrinsecă a fibrelor optice poate fi valorificată și pentru a crea amplificatoare parametrice optice cu undă călătorie, al căror câștig este independent de tranzițiile atomice sau semiconductoare, ceea ce înseamnă că poate să fie de bandă largă și să acopere practic orice lungime de undă.
De asemenea, amplificatoarele parametrice nu suferă de un semnal de intrare minim, ceea ce înseamnă că pot fi folosite pentru a amplifica atât cele mai slabe semnale, cât și o putere mare de intrare într-o singură setare. . Și, în cele din urmă, spectrul de câștig poate fi adaptat prin optimizarea geometriei ghidului de undă și ingineria de dispersie, care oferă o flexibilitate enormă de proiectare pentru lungimi de undă și aplicații țintă.
Cel mai intrigant, câștigul parametric poate fi derivat în benzi de lungimi de undă neobișnuite care sunt în afara de întindere a semiconductorilor convenționali sau a fibrelor dopate cu pământuri rare. Amplificarea parametrică este în mod inerent limitată cuantic și poate chiar obține o amplificare fără zgomot.
Limitări ale siliconului
În ciuda caracteristicilor lor atractive, amplificatoarele optice parametrice din fibre sunt agravate de cerințele lor foarte mari de putere a pompei. rezultată din neliniaritatea Kerr slabă a silicei. În ultimele două decenii, progresele în platformele fotonice integrate au permis o neliniaritate Kerr eficientă semnificativ îmbunătățită, care nu poate fi atinsă în fibrele de silice, dar nu au realizat amplificatoare acționate cu undă continuă.
„Funcționează în continuu. - regimul undelor nu este o simplă „realizare academică”, spune profesorul Tobias Kippenberg, șeful Laboratorului de Fotonică și Măsurări Cuantice al EPFL la EPFL.
„De fapt, este crucial pentru funcționarea practică a oricărui amplificator, deoarece implică faptul că orice semnal de intrare poate fi amplificat – de exemplu, informații codificate optic, semnale de la LiDAR, senzori etc. sisteme de comunicații și aplicații emergente pentru detectarea optică și măsurarea distanței.”
Cip fotonic revoluționar
Un nou studiu condus de Dr. Johann Riemensberger în grupul lui Kippenberg a abordat acum provocarea prin dezvoltarea unui amplificator cu unde călătorie bazat pe un circuit integrat fotonic care funcționează în regim continuu. „Rezultatele noastre sunt punctul culminant al a mai mult de un deceniu de efort de cercetare în fotonica neliniară integrată și urmărirea pierderilor din ce în ce mai mici ale ghidurilor de undă”, spune Riemensberger.
Cercetătorii au folosit un circuit integrat fotonic cu nitrură de siliciu cu pierderi foarte mici. mai mult de doi metri lungime pentru a construi primul amplificator cu unde calatorii pe un cip fotonic de 3x5 mm2. Cipul funcționează în regim continuu și oferă 7 dB câștig net pe cip și 2 dB câștig net fibră-fibră în benzile de telecomunicații. Amplificarea parametrică a câștigului net pe cip în nitrură de siliciu a fost realizată recent și de grupurile lui Victor Torres-Company și Peter Andrekson de la Universitatea Chalmers.
În viitor, echipa poate utiliza un control litografic precis pentru a optimiza dispersia ghidului de undă pentru lățimea de bandă a câștigului parametric mai mare de 200 nm. Și deoarece pierderea fundamentală de absorbție a nitrurii de siliciu este foarte scăzută (aproximativ 0,15 dB/metru), optimizările ulterioare de fabricație pot împinge câștigul parametric maxim al cipului dincolo de 70 dB cu doar 750 mW de putere a pompei, depășind performanța celor mai bune pe bază de fibre. amplificatoare.
„Domeniile de aplicare ale unor astfel de amplificatoare sunt nelimitate”, spune Kippenberg. „De la comunicații optice în care se pot extinde semnalele dincolo de benzile tipice de telecomunicații, până la laser în infraroșu mediu sau vizibil și amplificarea semnalului, la LiDAR sau alte aplicații în care laserele sunt folosite pentru a sonda, detecta și interoga semnalele clasice sau cuantice.”
Lucrarea este publicată în revista Nature.
Comentarii:
Adauga Comentariu