(Nanowerkニュース) 新しい 自然 調査 （「単一レーザーを使用したオンチップの全光周波数分割」）、コロンビアエンジニアリングの研究者は、単一のレーザーのみを使用して高品質で超低ノイズのマイクロ波信号を生成できるフォトニックチップを構築しました。このコンパクトなデバイス (鋭利な鉛筆の先に収まるほど小さなチップ) により、統合フォトニクス プラットフォームでこれまでに観察された中で最も低いマイクロ波ノイズが実現します。この成果は、高速通信、原子時計、自動運転車などのアプリケーション向けに、設置面積が小さい超低ノイズのマイクロ波生成に向けた有望な道筋を提供します。
Gaeta 研究所が開発した、全光学式光周波数分割 (OFD)、つまり高周波信号をより低い周波数に変換する方法用のフォトニック集積チップの概要図。 (画像: コロンビアエンジニアリング社、Yun Zhao)
課題
地球規模のナビゲーション、無線通信、レーダー、および正確なタイミングのための電子デバイスには、時計や情報媒体として機能する安定したマイクロ波源が必要です。これらのデバイスの性能を向上させるための重要な点は、マイクロ波に存在するノイズ、つまり位相のランダムな変動を低減することです。 「過去 1 年間、光周波数分割として知られる技術により、これまでに生成された中で最もノイズの低いマイクロ波信号が得られました」と、応用物理学および材料科学のデビッド M. リッキー教授で電気工学教授のアレクサンダー ガエタ氏は述べています。コロンビアエンジニアリング。 「通常、このようなシステムには複数のレーザーが必要で、すべてのコンポーネントを収容するには比較的大きな体積が必要です。」光周波数分割（高周波信号をより低い周波数に変換する方法）は、ノイズが強力に抑制されたマイクロ波を生成するための最近の技術革新です。しかし、テーブルトップレベルの設置面積が大きいため、このようなシステムは、よりコンパクトなマイクロ波源を必要とし、広く採用されている小型のセンシングおよび通信アプリケーションに利用できません。 「私たちは、単一のレーザーだけを使用して、わずか 2 mmXNUMX の面積のチップ上で光周波数分割を完全に実行できるデバイスを実現しました」と Gaeta 氏は述べています。 「私たちは電子機器を必要としない光周波数分割のプロセスを初めて実証し、デバイスの設計を大幅に簡素化しました。」
アプローチ
Gaeta のグループは、量子および非線形フォトニクス、つまりレーザー光が物質とどのように相互作用するかを専門としています。注力分野には非線形が含まれます ナノフォトニクス、周波数コムの生成、強力な超高速パルス相互作用、光の量子状態の生成と処理。今回の研究で、彼のグループは、統合チッププラットフォームでこれまでに達成された中で最も低い周波数ノイズで16GHzのマイクロ波信号を生成するオンチップの全光学デバイスを設計および製造した。このデバイスは、光結合された窒化シリコン製の XNUMX つの微小共振器を使用します。単一周波数レーザーが両方の微小共振器を励起します。 XNUMX つは光パラメトリック発振器の作成に使用され、入力波を XNUMX つの出力波 (XNUMX つは周波数が高く、もう XNUMX つは周波数が低い) に変換します。 XNUMX つの新しい周波数の周波数間隔は、テラヘルツ領域になるように調整されます。発振器の量子相関の結果、この周波数差のノイズは、入力レーザー波のノイズよりも数千倍小さくなる可能性があります。第 XNUMX の微小共振器は、マイクロ波間隔で光周波数コムを生成するように調整されています。次に、発振器からの少量の光がコム発生器に結合され、マイクロ波コム周波数がテラヘルツ発振器に同期され、自動的に光周波数分割が行われます。潜在的な影響
Gaeta のグループの研究は、小型で堅牢かつ可搬性の高いパッケージ内で光周波数分割を実行するためのシンプルで効果的なアプローチを表しています。この発見は、精密測定を行う研究室で生成される信号に匹敵する、安定した純粋なマイクロ波信号を生成できるチップスケールデバイスへの扉を開きます。 「最終的には、この種の全光周波数分割は、将来の通信デバイスの新しい設計につながるでしょう」と彼は言いました。 「自動運転車に使用されるマイクロ波レーダーの精度も向上する可能性があります。」チーム
ガエタ氏は、大学院生で現在ガエタ研究室のポスドクを務めるユン・チャオ氏、研究科学者の大川内義智氏とともに、このプロジェクトの中核となるアイデアを考案した。次に、Zhao 氏とポスドクのJae Jang 氏はデバイスを設計し、実験を実行しました。このプロジェクトは、コロンビア大学工学部のマイケル・リプソン教授と彼女のグループとの緊密な協力のもとに行われました。リプソングループのカール・マクナルティ氏は、コロンビア大学とコーネル大学の両方でフォトニックチップを製造した。コロンビア大学情報技術 (CUIT) が提供するサービスであるテレモト共有ハイパフォーマンス コンピューティング クラスターを使用して、光パラメトリック発振器のノイズ特性をモデル化しました。- SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64882.php
