En nuestra sociedad de la información, la síntesis, distribución y procesamiento de señales de radio y microondas son omnipresentes en redes inalámbricas, telecomunicaciones y radares. La tendencia actual es utilizar portadores en bandas de frecuencias más altas, especialmente con cuellos de botella de ancho de banda inminentes debido a las demandaspor ejemplo, 5G y el "Internet de las cosas". La "fotónica de microondas", una combinación de ingeniería de microondas y optoelectrónica, podría ofrecer una solución.
Un componente clave de la fotónica de microondas son los peines de frecuencia óptica, que proporcionan cientos de líneas láser equidistantes y mutuamente coherentes. Son pulsos ópticos ultracortos emitidos con una frecuencia de repetición estable que corresponde precisamente al espaciado de frecuencia de las líneas de peine. La fotodetección delos pulsos producen un portador de microondas
En los últimos años ha habido un progreso significativo en los peines de frecuencia a escala de chip generados a partir de microresonadores no lineales accionados por láseres de onda continua. Estos peines de frecuencia se basan en la formación de solitones Kerr disipativos, que son pulsos de luz coherentes ultracortos que circulan dentro de microresonadores ópticos.Debido a esto, estos peines de frecuencia se denominan comúnmente "microcombs soliton".
La generación de microcombs de solitón necesita microresonadores no lineales, y estos se pueden construir directamente en chip utilizando la tecnología de nanofabricación CMOS. La cointegración con circuitos electrónicos y láseres integrados allana el camino para la miniaturización del peine, permitiendo una gran cantidad de aplicaciones en metrología, espectroscopía ycomunicaciones
Publicando en Fotónica de la naturaleza , un equipo de investigación de EPFL dirigido por Tobias J. Kippenberg ahora ha demostrado microcombs solitónicos integrados con tasas de repetición tan bajas como 10 GHz. Esto se logró al reducir significativamente las pérdidas ópticas de las guías de ondas fotónicas integradas basadas en nitruro de silicio, un material ya utilizadoen circuitos microelectrónicos CMOS, y que también se ha utilizado en la última década para construir circuitos integrados fotónicos que guían la luz láser en el chip.
Los científicos pudieron fabricar guías de ondas de nitruro de silicio con la pérdida más baja en cualquier circuito fotónico integrado. Usando esta tecnología, los pulsos de solitones coherentes generados tienen tasas de repetición tanto en el microondas K- ~ 20 GHz, usado en 5G como en X-banda ~ 10 GHz, utilizada en radares.
Las señales de microondas resultantes presentan propiedades de ruido de fase a la par o incluso más bajas que los sintetizadores de microondas electrónicos comerciales. La demostración de microcombs solitónicos integrados a tasas de repetición de microondas une los campos de fotónica integrada, óptica no lineal y fotónica de microondas.
El equipo de EPFL logró un nivel de pérdidas ópticas lo suficientemente bajo como para permitir que la luz se propague casi 1 metro en una guía de ondas que tiene solo 1 micrómetro de diámetro, 100 veces más pequeño que un cabello humano. Este nivel de pérdida es aún más de tres órdenesde magnitud superior al valor en fibras ópticas, pero representa la pérdida más baja en cualquier guía de onda estrechamente confinada para fotónica no lineal integrada hasta la fecha.
Tal baja pérdida es el resultado de un nuevo proceso de fabricación desarrollado por científicos de EPFL: el "proceso de damasceno fotónico de nitruro de silicio". "Este proceso, cuando se lleva a cabo utilizando una litografía de pasos ultravioleta profunda, ofrece un rendimiento realmente espectacular en términos de bajapérdida, que no se puede lograr utilizando técnicas convencionales de nanofabricación ", dice Junqiu Liu, el primer autor del artículo que también lidera la fabricación de chips nanofotónicos de nitruro de silicio en el Centro de MicroNanoTecnología CMi de EPFL." Estas microcombs y sus señales de microondas podrían serelementos críticos para construir osciladores de microondas de bajo ruido totalmente integrados para futuras arquitecturas de radares y redes de información ".
El equipo de EPFL ya está trabajando con colaboradores en los EE. UU. Para desarrollar módulos de microcombustión solitón integrados híbridos que combinan láseres semiconductores a escala de chip. Estas microcombs altamente compactas pueden afectar muchas aplicaciones, por ejemplo, transceptores en centros de datos, LiDAR, relojes ópticos atómicos compactos, ópticostomografía de coherencia, fotónica de microondas y espectroscopía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Original escrito por Junqiu Liu, Nik Papageorgiou. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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