Российский проект по изготовлению лазерных химических анализаторов на микрочипе.
Сейчас за основу для устройств, способных генерировать последовательность фемтосекундных импульсов света, взяты оптические частотные гребенки, чей спектр излучения видится как «гребёнка» - множество спектральных линий, разделенных равными частотными промежутками. Сферами применения подобных лазерных «линеек» являются телекоммуникации, спутниковая навигация, астрофизика, спектроскопические измерения и др. Более широкому использованию устройств такого типа препятствуют сложность в применении, немаленькие размеры и высокая цена.
Наиболее простым способом генерации таких гребёнок являются микрорезонаторы - «кольца» или диски из оптических материалов, где излучение лазера накачки из-за нелинейности материала превращается в частотную гребенку. Наработки 2018 года исследователей из лаборатории когерентной микрооптики и радиофотоники в РКЦ, создавших метод генерации частотных гребенок в микрорезонаторах с помощью дешевых и компактных лазерных диодов вместо дорогих монохроматических лазерных систем, стали базой для дальнейших экспериментов в области разработки дешевых и компактных лазерных спектрометров.
Учёные смогли создать новый способ генерации гребенок с использованием исключительно интегральных элементов. А это, в свою очередь, значит, что создание оптической схемы не требует использования отдельных оптических элементов (линз, призм и зеркал), что существенно затрудняло применение данной технологии в массовом производстве миниатюрных оптических устройств. Современные литографические технологии дают возможность использовать специальные волноводы для лучей света. Излучение лазеров генерируется в таких волноводах, делится на различные каналы, проходит через специальные фильтры и пр. Важно, что такие волноводы могут быть изготовлены с помощью стандартной КМОП-технологии (комплементарный металл–оксид–полупроводник), используемой в промышленных масштабах для производства электронных микросхем.
В созданном устройстве впервые в мире для накачки оптического микрорезонатора из нитрида кремния использовался недорогой лазерный диод. Микрорезонатор с диаметром намного меньше миллиметра имеет крайне низкий уровень потерь за счет особого метода послойного напыления — «Damascene process», сходного с методом производства дамасской стали.
«Часть излучения, циркулировавшая внутри микрорезонатора, попадала обратно в лазерный диод, что обеспечивало быструю оптическую обратную связь. Благодаря этому процессу, который в радиофизике называют „затягиванием“, система работала как мощный стабилизированный лазер, а в микрорезонаторе генерировалась оптическая гребенка с высокой степенью когерентности и частотой 88 гигагерц», — объясняет один из исследователей из МФТИ.
Простую и дешевую оптическую гребенку, которая встраивается в оптические интегральные схемы, можно использовать во многих фотонных системах нового поколения, например, в лидарах, для спектроскопии и высокоскоростной передачи данных.
В перспективе исследователи намереваются создать компактный спектрометр, многочастотный источник узкополосного лазерного излучения. Для этой цели требуется и дальше работать над технологией изготовления фотонных интегральных устройств.
Источник: rlocman.ru
