(나노 워크 뉴스) 새로운 자연 연구 (“단일 레이저를 이용한 전광 주파수 분할 온칩”), 컬럼비아 엔지니어링 연구진은 단 하나의 레이저를 사용하여 고품질, 초저잡음 마이크로파 신호를 생성할 수 있는 광 칩을 구축했습니다. 칩이 너무 작아서 날카로운 연필 끝에 들어갈 수 있는 컴팩트한 장치는 통합 포토닉스 플랫폼에서 관찰된 마이크로파 소음을 가장 낮게 만듭니다. 이번 성과는 고속 통신, 원자시계, 자율주행차와 같은 응용 분야를 위한 소형 초저잡음 마이크로파 생성을 향한 유망한 경로를 제공합니다.
고주파 신호를 더 낮은 주파수로 변환하는 방법인 OFD(전광 광 주파수 분할)를 위해 Gaeta 연구실에서 개발한 광자 집적 칩의 상위 수준 회로도입니다. (이미지 : Yun Zhao, Columbia Engineering)
난제
글로벌 내비게이션, 무선 통신, 레이더 및 정밀 타이밍을 위한 전자 장치에는 시계 및 정보 전달자 역할을 할 안정적인 마이크로파 소스가 필요합니다. 이러한 장치의 성능을 향상시키는 주요 측면은 마이크로파에 존재하는 잡음 또는 위상의 무작위 변동을 줄이는 것입니다. "지난 1년 동안 광주파수 분할로 알려진 기술은 지금까지 생성된 마이크로파 신호 중 가장 낮은 잡음의 마이크로파 신호를 생성했습니다."라고 응용 물리학 및 재료 과학과의 David M. Rickey 교수이자 전기 공학 교수인 Alexander Gaeta가 말했습니다. 컬럼비아 엔지니어링. "일반적으로 이러한 시스템에는 모든 구성 요소를 포함하기 위해 여러 개의 레이저와 상대적으로 큰 볼륨이 필요합니다." 고주파 신호를 더 낮은 주파수로 변환하는 방법인 광 주파수 분할은 잡음이 강력하게 억제된 마이크로파 생성을 위한 최근 혁신입니다. 그러나 테이블 상단 수준의 설치 공간이 크기 때문에 이러한 시스템은 더 작은 마이크로파 소스를 요구하고 널리 채택되는 소형 감지 및 통신 애플리케이션에 활용되지 않습니다. Gaeta는 “우리는 단 하나의 레이저만을 사용하여 2mmXNUMX만큼 작은 영역의 칩에서 광주파수 분할을 완전히 수행할 수 있는 장치를 실현했습니다.”라고 말했습니다. "우리는 처음으로 전자 장치 없이 광 주파수 분할 프로세스를 시연하여 장치 설계를 크게 단순화했습니다."
접근
Gaeta의 그룹은 양자 및 비선형 포토닉스 또는 레이저 빛이 물질과 상호 작용하는 방식을 전문으로 합니다. 초점 영역에는 비선형이 포함됩니다. 나노포토닉스, 주파수 빗 생성, 강렬한 초고속 펄스 상호 작용, 빛의 양자 상태 생성 및 처리. 현재 연구에서 그의 그룹은 통합 칩 플랫폼에서 달성한 최저 주파수 잡음으로 16GHz 마이크로파 신호를 생성하는 온칩 전광 장치를 설계하고 제작했습니다. 이 장치는 광자적으로 결합된 질화규소로 만들어진 두 개의 마이크로 공진기를 사용합니다. 단일 주파수 레이저는 두 개의 마이크로 공진기를 펌핑합니다. 하나는 입력 파동을 두 개의 출력 파동(하나는 더 높은 주파수, 다른 하나는 더 낮은 주파수)으로 변환하는 광 파라메트릭 발진기를 생성하는 데 사용됩니다. 두 개의 새로운 주파수의 주파수 간격은 테라헤르츠 영역에 있도록 조정됩니다. 발진기의 양자 상관 관계로 인해 이 주파수 차이의 노이즈는 입력 레이저 파동의 노이즈보다 수천 배 더 작을 수 있습니다. 두 번째 마이크로 공진기는 마이크로파 간격을 갖는 광 주파수 빗을 생성하도록 조정됩니다. 그런 다음 발진기에서 나오는 소량의 빛이 빗살 발생기에 결합되어 마이크로파 빗살 주파수가 테라헤르츠 발진기에 동기화되어 자동으로 광 주파수 분할이 발생합니다.잠재적 인 영향
Gaeta 그룹의 작업은 작고 견고하며 휴대성이 뛰어난 패키지 내에서 광 주파수 분할을 수행하기 위한 간단하고 효과적인 접근 방식을 나타냅니다. 이번 연구 결과는 정밀 측정을 수행하는 실험실에서 생성되는 신호와 비교할 수 있는 안정적이고 순수한 마이크로파 신호를 생성할 수 있는 칩 규모 장치의 가능성을 열어줍니다. “결국 이러한 유형의 전광 주파수 분할은 미래 통신 장치의 새로운 설계로 이어질 것입니다.”라고 그는 말했습니다. "또한 자율주행차에 사용되는 마이크로파 레이더의 정밀도를 향상시킬 수도 있습니다."팀
Gaeta는 대학원생이자 현재 Gaeta Lab의 박사후 연구원인 Yun Zhao 및 연구 과학자 Yoshitomo Okawachi와 함께 프로젝트의 핵심 아이디어를 구상했습니다. 그런 다음 Zhao와 박사후 연구원인 Jae Zhang이 장치를 설계하고 실험을 수행했습니다. 이 프로젝트는 Columbia Engineering의 Michal Lipson 교수 및 그녀의 그룹과 긴밀히 협력하여 수행되었습니다. Lipson 그룹의 Karl McNulty는 Columbia와 Cornell University에서 광자 칩을 제작했습니다. CUIT(Columbia University Information Technology)에서 제공하는 서비스인 Terremoto 공유 고성능 컴퓨팅 클러스터는 광 파라메트릭 발진기의 잡음 특성을 모델링하는 데 사용되었습니다.- SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
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- 출처: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64882.php
