Jaringan komunikasi jarak jauh, interkoneksi optik di pusat data, dan sistem fotonik gelombang mikro semuanya mengandalkan laser untuk menghasilkan pembawa optik yang digunakan untuk transmisi data. Dalam kebanyakan kasus, laser adalah perangkat yang berdiri sendiri di luar modulator, yang membuat seluruh sistem lebih mahal dan kurang stabil dan terukur.

Para peneliti di Harvard John A. Paulson School of Applied Sciences (SEAS) sekarang bekerja dengan mitra industri di Freedom Photonics dan HyperLight Corporation untuk mengembangkan laser daya tinggi terintegrasi pertama pada chip lithium niobate. .. Untuk aplikasi seperti sistem komunikasi yang kuat, spektrometer terintegrasi penuh, penginderaan jauh optik, dan konversi frekuensi jaringan kuantum yang efisien.

“Integrated lithium niobate photonics adalah platform yang menjanjikan untuk pengembangan sistem optik skala chip berkinerja tinggi, tetapi pemasangan laser pada chip lithium niobate dapat menjadi salah satu tantangan desain terbesar. Sudah terbukti,” kata Marko Loncar dari Tiantsai Lin. Profesor Teknik Elektro dan Fisika Terapan di SEAS dan Penulis Senior Penelitian. “Studi ini menggunakan semua trik dan teknik fabrikasi nano yang dipelajari dari pengembangan sebelumnya dari fotonik lithium niobate terintegrasi untuk mengatasi tantangan ini dan membawa laser berdaya tinggi ke platform lithium niobate film tipis. Kami telah mencapai tujuan integrasi kami.”

Studi ini diterbitkan dalam jurnal Optica.

Loncar dan timnya menggunakan laser umpan balik terdistribusi yang kecil namun kuat pada chip terintegrasi. On-chip, laser ditempatkan di sumur kecil atau parit yang diukir dengan lithium niobate, memberikan daya optik hingga 60 miliwatt ke pandu gelombang yang diproduksi pada platform yang sama. Para peneliti telah menggabungkan laser dengan modulator elektro-optik 50 GHz lithium niobate untuk membangun pemancar berdaya tinggi.

“Mengintegrasikan laser plug-and-play kinerja tinggi dapat secara signifikan mengurangi biaya, kompleksitas, dan konsumsi daya sistem komunikasi masa depan,” kata Amirhassan Shams-Ansari, seorang mahasiswa pascasarjana dan penulis utama penelitian di SEAS. “Ini adalah blok bangunan yang dapat diintegrasikan ke dalam sistem optik yang lebih besar untuk berbagai aplikasi seperti penginderaan, lidar, dan komunikasi data.”

Dengan menggabungkan perangkat lithium niobate film tipis dengan laser berdaya tinggi menggunakan proses yang ramah industri, penelitian ini merupakan langkah penting menuju susunan pemancar dan jaringan optik berskala besar, berbiaya rendah, dan berkinerja tinggi. Kedua, tim bertujuan untuk meningkatkan daya laser dan skalabilitas untuk lebih banyak aplikasi.

Departemen Pengembangan Teknologi Universitas Harvard telah melindungi kekayaan intelektual yang dihasilkan dari inovasi Ronker Lab dalam sistem lithium niobate. Loncar adalah salah satu pendiri HyperLight Corporation, sebuah perusahaan rintisan yang diluncurkan untuk mengkomersialkan chip fotonik terintegrasi berdasarkan inovasi spesifik yang dikembangkan di labnya.

Penelitian ini dilakukan oleh Dylan Renaud, Rebecca Cheng, Linbo Shao,

Di Zhu dan Mengjie Yu dari SEAS, Hannah R. Grant dari Freedom Photonics, Leif Johansson, Lingyan He dan Mian Zhang dari HyperLight Corporation. Itu didukung oleh Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan di bawah hibah HR0011-20-C-0137 dan oleh Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara di bawah hibah FA9550-19-1-0376.