Le nouveau laser bimode produit des peignes AM et FM indépendants sur le même appareil

Récemment, une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à Santa Barbara (UCSB), dirigée par John Bowers, a annoncé avoir développé un laser à mode verrouillé à points quantiques (QD), capable de générer indépendamment une modulation d'amplitude (AM) et peignes à modulation de fréquence (FM) sur le même appareil. À l’avenir, ces lasers bimodes à large bande pourraient fournir des peignes de fréquence compacts et économes en énergie pour les PIC au silicium dans les centres de données et d’autres applications.
Les chercheurs affirment que la plate-forme de points quantiques (QD) permet à la bande passante des dispositifs ci-dessus de rivaliser avec les lasers verrouillés en mode QD les plus supérieurs divulgués à ce jour. Les largeurs d'impulsion AM et FM générées dans les dispositifs UCSB répondent aux dernières exigences techniques pour les lasers verrouillés en mode QD.
Bien que les peignes de fréquence optique aient un large éventail d'applications dans les applications de télédétection, de spectroscopie et de communications optiques, les impulsions optiques délivrées par les peignes de fréquence AM ne sont pas favorables aux systèmes de multiplexage par répartition dense en longueur d'onde (DWDM). Ces systèmes utilisent de nombreux modulateurs à micro-anneaux et la puissance instantanée élevée de l'impulsion optique produit de fortes non-linéarités thermiques.
D'autre part, selon des chercheurs de l'Université de Californie à Santa Barbara (UCSB), la formation de peignes de fréquences optiques à large bande repose sur une conception minutieuse de la dispersion de vitesse de groupe (GVD) du guide d'ondes.
Cela constitue un défi pour les plates-formes où la dispersion de la vitesse de groupe (GVD) est déterminée par le matériau. Par conséquent, la taille du système, le poids, la consommation d’énergie et le coût (SWaP-C) des peignes de fréquence optique doivent être améliorés pour augmenter la probabilité de leur utilisation dans l’industrie.
Les chercheurs ont utilisé une structure d’impulsion de collision pour donner au laser verrouillé en mode point quantique une fréquence de répétition rapide de 60 GHz. Cela permet au laser QD de prendre en charge les systèmes DWDM et de réduire la diaphonie des canaux lors de la transmission de données. La cavité laser a été conçue pour permettre une bande passante optique de 3 dB allant jusqu'à 2,2 térahertz dans la bande O des télécommunications. Le peigne FM à large bande est généré par une cavité laser de 1,35 mm de long et 2,6 μm de large, et présente une efficacité d'insertion murale élevée de plus de 12 %.
En plus de la dispersion de vitesse de groupe (GVD) du guide d'ondes, la génération du peigne FM repose sur les propriétés non linéaires de la région active du laser, notamment la gravure de trous spatiaux, les non-linéarités de Kerr et le mélange à quatre ondes. Le QD Le laser à mode verrouillé, avec une efficacité de mélange à quatre ondes élevée de ?5 dB, est capable de générer efficacement le peigne FM.
Les lasers constituent une plate-forme prometteuse pour générer des points quantiques (QD) en peigne modulés en amplitude (AM) et en fréquence (FM). Les mécanismes de ces peignes sont différents et sont déterminés par la dynamique de gain du laser. La formation du peigne AM nécessite un gain lent, qui peut être obtenu en appliquant un faible courant d'injection à la section de gain du laser QD.
La formation du peigne FM repose sur un gain rapide pour produire de grandes non-linéarités Kerr et un mélange à quatre ondes. Ceci peut être réalisé en contrôlant simplement le gain et l'écart sur l'absorbeur saturable. L'ingénierie de la non-linéarité Kerr permet d'augmenter considérablement la bande passante optique de 3 dB à 2,2 térahertz.
Les chercheurs ont également montré comment la bande passante du peigne à modulation de fréquence (FM) dans un laser QD peut être augmentée en concevant la non-linéarité de Kerr sans avoir recours à l'ingénierie GVD. Ceci a été réalisé en appliquant une tension à la partie d’absorption saturable du laser. Cette approche réduit également le défi du processus de fabrication, affirment les chercheurs. L'énorme non-linéarité Kerr et les propriétés de mélange à quatre ondes des lasers à points quantiques les rendent plus adaptés à la génération de peignes FM dans la bande de communications optiques que les lasers à diodes à puits quantiques classiques.
Comparés aux peignes FM générés par d'autres technologies de peignes à fréquence optique intégrées (OFC), les chercheurs ont déterminé que les peignes FM basés sur un laser à points quantiques (QD) ont un SWaP-C supérieur. Les caractéristiques à large bande des peignes FM les rendent plus adaptés aux systèmes de communication optique haute capacité que les peignes FM conventionnels. De plus, la technologie est capable d’être compatible CMOS.