新しいデュアルモードレーザーにより、同じデバイス上で独立した AM および FM コムを生成

最近、ジョン・バウワーズ率いるカリフォルニア大学サンタバーバラ校 (UCSB) の研究チームは、振幅変調 (AM) と同じデバイス上の周波数変調 (FM) コム。 将来的には、このような広帯域デュアルモードレーザーは、データセンターやその他のアプリケーションのシリコン PIC にコンパクトでエネルギー効率の高い周波数コムを提供できる可能性があります。
研究者らは、量子ドット（QD）プラットフォームにより、上記のデバイスの帯域幅がこれまでに開示された最も優れたQDモードロックレーザーに匹敵するようになると述べている。 UCSB デバイスで生成される AM パルス幅と FM パルス幅はどちらも、QD モードロック レーザーの最新の技術要件を満たしています。
光周波数コムは、リモート センシング、分光法、光通信アプリケーションなど幅広い用途に使用されますが、AM 周波数コムによって配信される光パルスは、高密度波長分割多重 (DWDM) システムには好ましくありません。 これらのシステムは多くのマイクロリング変調器を使用しており、光パルスの高い瞬間パワーにより強い熱非線形性が生じます。
一方、カリフォルニア大学サンタバーバラ校 (UCSB) の研究者らによると、広帯域光周波数コムの形成は導波路の群速度分散 (GVD) の慎重な設計に依存しています。
これは、群速度分散 (GVD) が材料によって決まるプラットフォームにとっては課題です。 したがって、光周波数コムが産業で使用される可能性を高めるには、光周波数コムのシステム サイズ、重量、消費電力、およびコスト (SWaP-C) を改善する必要があります。
研究者らは、衝突パルス構造を使用して、量子ドットモードロックレーザーに60 GHzの高速繰り返し周波数を与えた。 これにより、QD レーザーは DWDM システムをサポートし、データ伝送におけるチャネル クロストークを低減できます。 レーザーキャビティは、通信 O バンドで最大 2.2 テラヘルツの 3 db 光帯域幅を可能にするように設計されています。 広帯域 FM コムは、長さ 1.35 mm、幅 2.6 μm のレーザー キャビティによって生成され、12 パーセントを超える高い壁挿入効率を備えています。
導波路の群速度分散 (GVD) に加えて、FM コムの生成は、空間ホールバーニング、カー非線形性、四光波混合など、レーザーの活性領域の非線形特性に依存します。QDモードロック レーザーは、?5 dB という高い四光波混合効率を備えており、FM コムを効率的に生成できます。
レーザーは、振幅変調 (AM) および周波数変調 (FM) 櫛型量子ドット (QD) を生成するための有望なプラットフォームです。 これらのコムのメカニズムは異なり、レーザーのゲインダイナミクスによって決まります。 AM コムの形成には遅い利得が必要ですが、これは QD レーザーの利得セクションに低い注入電流を適用することで実現できます。
FM コムの形成は高速ゲインに依存して、大きなカー非線形性と 4 波混合を生成します。 これは、可飽和吸収体のゲインと偏差を制御するだけで実現できます。 カー非線形性のエンジニアリングにより、3 db の光帯域幅が 2.2 テラヘルツまで劇的に増加します。
研究者らはまた、GVDエンジニアリングを必要とせずに、カー非線形性をエンジニアリングすることによって、QDレーザーの周波数変調(FM)コム帯域幅をどのように拡大できるかを示しました。 これは、レーザーの可飽和吸収部分に電圧を印加することによって実現されました。 このアプローチにより、製造プロセスの課題も軽減される、と研究者らは述べています。 量子ドットレーザーの巨大なカー非線形性と四光波混合特性により、量子ドットレーザーは従来の量子井戸ダイオードレーザーよりも光通信帯域でのFMコム生成に適しています。
他の統合光周波数コム (OFC) 技術によって生成された FM コムと比較して、研究者らは、量子ドット (QD) レーザーベースの FM コムが優れた SWaP-C を備えていると判断しました。 FM コムの広帯域特性により、従来の FM コムよりも大容量光通信システムに適しています。 さらに、このテクノロジーは CMOS 互換性も備えています。