Une équipe étrangère construit des lasers à peigne plus stables et plus efficaces

Récemment, la startup de technologie laser illumtra s'est associée au Centre allemand de recherche sur le synchrotron électronique (DESY) à Hambourg pour collaborer avec succès au développement d'un laser à peigne plus stable et plus efficace dans sa conception.
Le point culminant de ce développement est la démonstration d'un microrésonateur avec des réflexions synthétisées programmables qui fournissent un retour d'injection personnalisé pour piloter le laser. Cette technologie offre des avantages significatifs par rapport aux serrures à auto-injection conventionnelles et peut être produite à l'aide de techniques de lithographie standards.
Les lasers peignes sont capables d'émettre des sources lumineuses dans une large gamme de couleurs avec des espacements de fréquence allant de 100 GHz à 1 THz. L'application de cette technologie est d'une grande valeur pour la transmission de données dans les domaines des communications optiques et de l'intelligence artificielle.
L’avantage des lasers peignes réside dans la pureté des couleurs qu’ils émettent. Dans des applications telles que les communications optiques, il existe un besoin pour un laser capable d'émettre plusieurs couleurs pures de lumière, et les lasers en peigne répondent à ce besoin.
Pour améliorer la pureté des lasers à peigne, le verrouillage par auto-injection est devenu une méthode standard dans l'industrie. Cette méthode utilise un résonateur en anneau pour filtrer le bruit, provoque la réflexion de la lumière provenant de défauts aléatoires à l'intérieur de l'anneau via la rétrodiffusion de Rayleigh et est réinjectée dans le laser pour le verrouillage.
"Le problème lorsqu'on s'appuie sur des défauts aléatoires est qu'ils peuvent dépendre de la couleur et que l'intensité n'est pas suffisamment forte et stable", a déclaré John Jost, l'un des auteurs de l'article et co-fondateur d'Enlightenment. "Il existe certaines limites, en particulier lorsque nous voulons réinjecter plus de lumière dans le laser, car cela est essentiel pour obtenir un verrouillage efficace de l'injection.
L’avancée clé de cette recherche a été la conception d’un mode spécial permettant une rétrodiffusion directionnelle de la lumière à l’intérieur du résonateur en anneau. Ce mode est optimisé spécifiquement pour une couleur particulière, garantissant qu'une plus grande quantité de lumière est efficacement renvoyée au laser pour le verrouillage par injection.
Les lasers peignes d'Illumtra intègrent des capacités de source lumineuse qui les rendent particulièrement adaptés aux solutions d'E/S optiques et aux architectures informatiques et de mémoire distribuées.
Pour valider son efficacité, les auteurs ont effectué divers tests en utilisant des résonateurs nano-anneaux personnalisés présentant différentes structures. Ils ont connecté une diode laser semi-conductrice à une puce photonique avec un résonateur en anneau intégré. La technique a été validée dans la bande C, mais pourrait théoriquement être aussi efficace dans toutes les bandes télécoms. Le résonateur actuel est construit sur une puce photonique intégrée utilisant la technologie de revêtement en silicium et intégré à un résonateur en anneau à cristal photonique en nitrure de silicium.
Jost a déclaré : « Les circuits intégrés photoniques utilisés dans ce travail ont été fabriqués sur des lignes de production de qualité industrielle, la technologie est donc prête pour une production à grande échelle. » Il a ajouté : « Cette capacité à contrôler avec précision la diffusion de la lumière ouvre une toute nouvelle gamme de possibilités pour des conceptions plus avancées, ce qui nous permettra de personnaliser le spectre laser en peigne pour répondre aux besoins du monde réel, offrant ainsi une flexibilité sans précédent. »
Le laser peut être utilisé en parfaite combinaison avec une large gamme de circuits intégrés photoniques, par exemple pour construire des unités d'E/S optiques rapides ou des réseaux de portes optiques programmables sur site. La technologie aura un impact significatif sur les applications gourmandes en données, comme dans le domaine de l’intelligence artificielle générative, et donnera également une forte impulsion au développement de nouvelles architectures informatiques et de mémoire.