لیزر جدید با حالت دوگانه، شانه های AM و FM مستقل را در یک دستگاه تولید می کند

اخیراً، تیمی از محققان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا (UCSB) به رهبری جان باورز، اعلام کردند که یک لیزر قفل شده با حالت کوانتومی (QD) ساخته اند که قادر است به طور مستقل مدولاسیون دامنه (AM) و تولید کند. مدولاسیون فرکانس (FM) روی یک دستگاه شانه می کند. در آینده، چنین لیزرهای پهنای باند دو حالته می توانند شانه های فرکانس فشرده و کم مصرف را برای PIC های سیلیکونی در مراکز داده و سایر کاربردها فراهم کنند.
محققان می‌گویند که پلتفرم نقطه کوانتومی (QD) پهنای باند دستگاه‌های فوق را قادر می‌سازد تا با بهترین لیزرهای قفل‌دار حالت QD که تا به امروز فاش شده‌اند، رقابت کند. هر دو عرض پالس AM و FM تولید شده در دستگاه‌های UCSB آخرین الزامات فنی لیزرهای قفل‌شده با حالت QD را برآورده می‌کنند.
اگرچه شانه‌های فرکانس نوری طیف وسیعی از کاربردها در سنجش از دور، طیف‌سنجی و کاربردهای ارتباطات نوری دارند، پالس‌های نوری ارائه‌شده توسط شانه‌های فرکانس AM برای سیستم‌های تقسیم طول موج متراکم (DWDM) مطلوب نیستند. این سیستم ها از تعدیل کننده های میکرو حلقه زیادی استفاده می کنند و قدرت لحظه ای بالای پالس نوری غیرخطی های حرارتی قوی ایجاد می کند.
از سوی دیگر، به گفته محققان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا (UCSB)، تشکیل شانه‌های فرکانس نوری باند پهن بر طراحی دقیق پراکندگی سرعت گروهی (GVD) موجبر است.
این یک چالش برای سکوهایی است که در آن پراکندگی سرعت گروهی (GVD) توسط مواد تعیین می‌شود. بنابراین، اندازه سیستم، وزن، مصرف انرژی و هزینه (SWaP-C) شانه های فرکانس نوری باید بهبود یابد تا احتمال استفاده از آنها در صنعت افزایش یابد.
محققان از یک ساختار پالس برخورد استفاده کردند تا به لیزر قفل شده با حالت نقطه کوانتومی فرکانس تکرار سریع 60 گیگاهرتز بدهد. این به لیزر QD اجازه می دهد تا از سیستم های DWDM پشتیبانی کند و تداخل کانال را در انتقال داده کاهش دهد. حفره لیزر به گونه ای طراحی شده است که پهنای باند نوری 3 دسی بل را تا 2.2 تراهرتز در باند O مخابراتی فعال کند. شانه پهن باند FM توسط یک حفره لیزری به طول 1.35 میلی‌متر و عرض 2.6 میکرومتر تولید می‌شود و دارای راندمان بالای درج دیواری بیش از 12 درصد است.
علاوه بر پراکندگی سرعت گروهی (GVD) موجبر، تولید شانه FM بر ویژگی‌های غیرخطی ناحیه فعال لیزر، از جمله سوزاندن سوراخ فضایی، غیرخطی‌های کر و اختلاط چهار موجی متکی است. QD لیزر حالت قفل شده، با راندمان اختلاط چهار موجی بالای ۵ دسی بل، قادر به تولید موثر شانه FM است.
لیزرها یک پلت فرم امیدوارکننده برای تولید نقاط کوانتومی مدوله شده با دامنه (AM) و مدوله شده با فرکانس (FM) (QD) هستند. مکانیسم های این شانه ها متفاوت است و با دینامیک بهره لیزر تعیین می شود. تشکیل شانه AM نیاز به بهره آهسته دارد که می توان با اعمال جریان تزریق کم به بخش بهره لیزر QD به دست آورد.
تشکیل شانه FM برای تولید غیرخطی‌های کر بزرگ و اختلاط چهار موجی به بهره سریع متکی است. این را می توان به سادگی با کنترل بهره و انحراف در جاذب قابل اشباع به دست آورد. مهندسی غیرخطی کر به افزایش چشمگیر پهنای باند نوری 3 دسی بل به 2.2 تراهرتز کمک می کند.
محققان همچنین نشان دادند که چگونه می‌توان پهنای باند مدولاسیون فرکانس (FM) در لیزر QD را با مهندسی غیرخطی کر بدون نیاز به مهندسی GVD افزایش داد. این امر با اعمال ولتاژ به قسمت جذب قابل اشباع لیزر حاصل شد. به گفته محققان، این رویکرد همچنین چالش فرآیند ساخت را کاهش می دهد. غیرخطی بودن کر و خواص اختلاط چهار موجی لیزرهای نقطه کوانتومی آنها را برای تولید شانه FM در باند ارتباطات نوری نسبت به لیزرهای دیود چاه کوانتومی معمولی مناسب تر می کند.
در مقایسه با شانه‌های FM تولید شده توسط سایر فناوری‌های یکپارچه فرکانس نوری (OFC)، محققان تشخیص دادند که شانه‌های لیزری مبتنی بر نقطه کوانتومی (QD) SWaP-C برتری دارند. ویژگی های باند پهن شانه های FM آنها را برای سیستم های ارتباطی نوری با ظرفیت بالا نسبت به شانه های FM معمولی مناسب تر می کند. علاوه بر این، این فناوری قابلیت سازگاری با CMOS را دارد.