Dispositivos de medição de luz chamados de pentes de frequência óptica revolucionaram a metrologia, espectroscopia, relógios atômicos e outras aplicações. No entanto, desafios com o desenvolvimento de geradores de pentes de frequência em escala de microchip têm limitado seu uso em tecnologias cotidianas, como eletrônicos portáteis. Em um estudo publicado na Nature Communications, pesquisadores da Universidade de Rochester descrevem novos lasers de microcomb que desenvolveram, superando limitações anteriores e apresentando um design simples que poderia abrir as portas para uma ampla gama de usos.
O que são microcombs?
Pentes de frequência óptica geram um espectro de luz consistindo de múltiplos feixes coerentes, cada um ajustado para uma frequência ou cor diferente, em distâncias uniformemente espaçadas. A forma resultante se assemelha aos dentes de um pente de cabelo. Nos últimos anos, os cientistas têm trabalhado para criar versões miniaturizadas dessa tecnologia, ou microcombs, que podem se encaixar em pequenos chips. Mas enquanto os cientistas progrediram na prototipagem de microcombs, tiveram sucesso limitado na produção de versões viáveis que possam ser aplicadas em dispositivos práticos. Obstáculos incluem baixa eficiência energética, controle limitado, respostas mecânicas lentas e a necessidade de pré-configuração sofisticada do sistema.
Uma abordagem simplificada
Uma equipe de pesquisadores liderada por Qiang Lin, professor no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação de Rochester e no Instituto de Óptica, criou uma abordagem única para resolver esses desafios em um único dispositivo. Segundo Jingwei Ling, estudante de doutorado em engenharia elétrica e de computação no laboratório de Lin e autor principal do artigo, abordagens anteriores geralmente dependem de um laser de única frequência injetado em um conversor não linear que pode transferir a única frequência em múltiplas frequências, formando o pente óptico.
“Eliminamos a única frequência porque isso vai degradar a eficiência do sistema”, diz Ling. “Em vez disso, todo o pente em si é amplificado em um laço de retroalimentação dentro do sistema, para que todas as frequências sejam refletidas e amplificadas dentro de um único elemento”. A simplicidade do laser de microcomb “tudo em um” resulta em demandas de energia mais baixas, custos mais baixos, alta ajustabilidade e operação simplificada. “É fácil de operar”, diz o coautor Zhengdong Gao, também estudante de doutorado em engenharia elétrica e de computação no laboratório de Lin.
“Os métodos anteriores tornam difícil excitar o pente, mas com este método só precisamos ligar a fonte de energia e podemos controlar o pente diretamente.” Desafios permanecem para implementar esses lasers de microcomb, especialmente com o desenvolvimento de técnicas de fabricação para criar componentes tão pequenos dentro das tolerâncias necessárias para a fabricação. Mas os pesquisadores estão otimistas de que seus dispositivos possam ser usados para aplicações como sistemas de telecomunicações e detecção de luz e alcance (LiDAR) para veículos autônomos.