Почему литий-танталат совершает прорыв в создании частотных гребенок?

Частотные гребенки, играющие роль своеобразных «линеек» для измерения света, открывают двери к точным измерениям в различных областях – от телекоммуникаций до астрофизики и экологического мониторинга. Однако, традиционные подходы к их созданию – электрооптические гребенки, разработанные еще в 1993 году, фемтосекундные лазеры и керр-солитонные микрогребенки – имеют свои ограничения, связанные с высоким энергопотреблением, сложной настройкой и недостаточной стабильностью, что затрудняет их применение в полевых условиях.
Почему литий-танталат совершает прорыв в создании частотных гребенок?
Изображение носит иллюстративный характер

Новый подход, основанный на использовании литий-танталата, позволил создать электрооптическую частотную гребенку, значительно превосходящую предыдущие разработки. Эта технология преодолевает ключевые недостатки аналогов и открывает новые горизонты для применения в различных областях.

В основе прорыва лежит переход от ранее использовавшегося ниобата лития к танталату лития. Танталат лития обладает на 17 порядков меньшим внутренним двулучепреломлением, что значительно повышает эффективность устройства. Это позволило команде исследователей, возглавляемой профессором Тобиасом Дж. Киппенбергом, создать устройство, демонстрирующее беспрецедентную ширину спектрального покрытия – 450 нм и более 2000 гребенчатых линий.

Уникальность нового устройства заключается не только в используемом материале, но и в его архитектуре, получившей название «интегрированная тройная резонансная». Эта конструкция сочетает в себе оптические и микроволновые цепи, что обеспечивает оптимизированное взаимодействие между различными частотными диапазонами.

Интеграция распределенного копланарного волноводного резонатора позволила значительно повысить эффективность микроволнового излучения и снизить энергопотребление устройства в 20 раз по сравнению с предыдущими моделями. Кроме того, использование простого, свободно работающего лазерного диода с распределенной обратной связью устраняет необходимость в сложных механизмах настройки, делая устройство более удобным и надежным.

Размеры нового устройства поражают своей компактностью – всего 1x1 см², и оно стабильно работает на 90% свободного спектрального диапазона. Разработка велась в нескольких научных центрах, включая EPFL (Федеральная политехническая школа Лозанны), Горную школу Колорадо и Китайскую академию наук. Образцы изготавливались в Центре микро- и нанотехнологий EPFL и в Институте физики, а пластины LTOI (литий-танталат на изоляторе) производились компаниями Shanghai Novel Si Integration Technology (NSIT) и SIMIT-CAS.

Новая электрооптическая гребенка, представленная в статье, опубликованной в журнале Nature в 2025 году под заголовком «Ультраширокополосная интегрированная электрооптическая частотная гребенка из танталата лития» (DOI: 10.1038/s41586-024-08354-4; URL: ), является результатом совместной работы исследователей из разных уголков мира и демонстрирует потенциал интеграции микроволновой и фотонной инженерии.

Благодаря своей компактности, эффективности и стабильности, новое устройство открывает возможности для применения в различных областях, включая робототехнику (точное лазерное дальномерие) и экологический мониторинг (газочувствительные датчики).

Этот прорыв подчеркивает важность материаловедения и совместного проектирования в фотонике. Использование танталата лития и интеграция различных компонентов на одном чипе позволили создать устройство, которое значительно превосходит предыдущие поколения частотных гребенок по своим характеристикам и потенциалу.

Снижение энергопотребления и упрощение конструкции делает новую гребенку более доступной и удобной для широкого круга пользователей. В результате, она может ускорить внедрение частотных гребенок в различных сферах, где точность измерений и надежность работы играют ключевую роль.

Таким образом, разработка компактной, эффективной и надежной электрооптической частотной гребенки из танталата лития – это важный шаг вперед в развитии фотометрии, открывающий новые возможности для точных измерений и контроля света в самых разных областях науки и техники.


Новое на сайте

5765Может ли падение камня с неба стать яблоком раздора? 5764Может ли тряска стать привычным делом: новые землетрясения на Тайване 5763Может ли кристалл ионов переопределить секунду? 5762Действительно ли "зелёная" энергия так безупречна? 5761Как ионные каналы в микроскопических пузырьках обеспечивают межклеточную связь и лечат... 5760Что скрывается за слоями? Изучение влияния покрытия на сверхпроводимость никелатов 5759Могут ли микроскопические витки света революционизировать оптику? 5758Кольцо первооткрытий: от AdA к бозону Хиггса 5757Молекулярные двигатели: искусственная мускулатура на службе науки 5756Может ли электричество управлять магнетизмом будущего искусственного интеллекта? 5755Могут ли углеродные нанотрубки стать основой устойчивого будущего производства? 5753Могут ли наночастицы серебра из упаковки попадать в сухие продукты и что нам об этом... 5751Может ли астероид Бенну раскрыть тайну тёмной материи?