改變游戲規(guī)則的芯片微梳及其眾多應用

微梳是一種小型光子器件，它可以幫助提高互聯(lián)網(wǎng)的能源效率、監(jiān)測我們的健康狀況，甚至發(fā)現(xiàn)新的類地系外行星。瑞典研究人員開發(fā)出一種獨特的、顛覆性的微梳，有望使這些先進的應用更近一步。

什么是微梳？

頻率梳是一種獨特的激光源，其發(fā)射光譜由一系列離散的、等距的頻率線組成。它的工作原理類似于一把由光構成的尺子；標記器設置了從紫外到中紅外的電磁波譜中的頻率尺度，每個標記器的位置都與一個已知的參考點相關聯(lián)。

微梳的工作原理與此類似，它通過將激光發(fā)送到一個稱為微諧振器的小型光學腔體，以驚人的速度產(chǎn)生重復的光脈沖。與頻率梳一樣，顏色（或光頻率）的間隔相等，因此微梳就像一把光尺，可以用來極其精確地測量或產(chǎn)生頻率。

標記之間的頻率間隔比頻率梳中的間隔更大，使其成為光子集成技術和許多其他新應用的理想選擇，包括光纖通信系統(tǒng)的光源或產(chǎn)生純微波電磁輻射。

獨特的增強功能

瑞典查爾姆斯理工大學研發(fā)的增強型微梳的不同之處在于，它采用了兩個微諧振器，而不是一個。這些微諧振器相互作用，就像原子結合在一起時一樣，形成具有獨特物理特性的光子分子。

這種改變游戲規(guī)則的微梳——位于芯片上，非常小，可以放在人類頭發(fā)的末端——克服了該領域許多眾所周知的限制，生產(chǎn)出一種易于理解、可調和可重復的設備，其凈轉換效率比現(xiàn)有技術高出十倍。

查爾姆斯大學微技術與納米科學系博士生、《自然光子學》雜志發(fā)表論文的主要作者óskar Bjarki Helgason 表示：“這些結果之所以重要，是因為它們代表了效率、低功耗操作和控制方面的獨特特性組合，這些特性在該領域是前所未有的。 ”

一切都與間距有關

梳齒之間的間隙非常寬，而且由于幾乎所有測量結果都與頻率相關，研究人員和工程師有機會將其應用于眾多領域。通過在數(shù)據(jù)中心互連中用單個芯片級微梳取代多個激光器，他們可以大幅降低光通信系統(tǒng)的功耗。

其他用途包括使用激光雷達測量自動駕駛汽車的距離，或校準用于尋找類地系外行星的天文臺的光譜儀。微梳還可以用于分析呼出氣體成分，幫助早期診斷疾病，也可用于手機上的健康監(jiān)測應用程序或高精度光學時鐘。

然而，微梳的實際應用還有一段距離：“要使該技術實用并在實驗室之外得到應用，我們需要將其他元素與微諧振器集成在一起，例如激光器、調制器和控制電子設備，”該項目副教授兼研究負責人 Victor Torres Company 解釋道。

他將此描述為一個巨大的挑戰(zhàn)，需要再花五到十年的時間以及對工程研究的投資：“但我相信這會發(fā)生，”他說道，并補充說，最有趣的進步和應用是我們尚未想到的。

“這很可能通過在同一芯片上安裝多個微梳來實現(xiàn)。用幾十個微梳我們能實現(xiàn)哪些用一個微梳無法實現(xiàn)的功能？”