แหล่งกำเนิดแสงหลายความยาวคลื่นบนแผ่นแบน

หลายความยาวคลื่นแหล่งกำเนิดแสงบนแผ่นเรียบ

ชิปออปติคัลเป็นเส้นทางที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการดำเนินตามกฎของมัวร์ ซึ่งได้กลายเป็นฉันทามติของสถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรม ซึ่งสามารถแก้ปัญหาความเร็วและการใช้พลังงานที่ชิปอิเล็กทรอนิกส์เผชิญได้อย่างมีประสิทธิภาพ คาดว่าจะพลิกโฉมอนาคตของการประมวลผลอัจฉริยะและความเร็วสูงพิเศษการสื่อสารด้วยแสงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญในโฟโตนิกส์ที่ใช้ซิลิคอนมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาหวีความถี่แสงแบบไมโครคาวิตี้ระดับชิป ซึ่งสามารถสร้างหวีความถี่ที่มีระยะห่างสม่ำเสมอผ่านไมโครคาวิตี้เชิงแสง ด้วยข้อได้เปรียบของการผสานรวมสูง สเปกตรัมกว้าง และความถี่การทำซ้ำสูง แหล่งกำเนิดแสงไมโครคาวิตี้ระดับชิปโซลิตันจึงมีศักยภาพในการประยุกต์ใช้งานในด้านการสื่อสารที่มีความจุสูง สเปกโทรสโกปีโฟโตนิกส์ไมโครเวฟการวัดที่แม่นยำ และสาขาอื่นๆ โดยทั่วไป ประสิทธิภาพการแปลงของหวีความถี่ออปติคัลแบบไมโครคาวิตี้โซลิตันเดี่ยวมักถูกจำกัดโดยพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องของไมโครคาวิตี้ออปติคัล ภายใต้กำลังปั๊มจำเพาะ กำลังส่งออกของหวีความถี่ออปติคัลแบบไมโครคาวิตี้โซลิตันเดี่ยวมักถูกจำกัด การนำระบบขยายสัญญาณออปติคัลภายนอกมาใช้ย่อมส่งผลกระทบต่ออัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น โปรไฟล์สเปกตรัมแบบแบนของหวีความถี่ออปติคัลแบบไมโครคาวิตี้โซลิตันจึงกลายเป็นสิ่งที่สาขานี้ให้ความสำคัญ

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยในสิงคโปร์ได้ก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านแหล่งกำเนิดแสงหลายความยาวคลื่นบนแผ่นฟิล์มแบน ทีมวิจัยได้พัฒนาชิปไมโครคาวิตี้ออปติคัลที่มีสเปกตรัมกว้างและกระจายตัวเกือบเป็นศูนย์ และบรรจุชิปออปติคัลด้วยการเชื่อมต่อขอบ (การสูญเสียการเชื่อมต่อน้อยกว่า 1 เดซิเบล) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชิปไมโครคาวิตี้ออปติคัลนี้ช่วยขจัดผลกระทบทางเทอร์โมออปติคัลที่แข็งแกร่งในไมโครคาวิตี้ออปติคัลด้วยรูปแบบทางเทคนิคของการสูบสองครั้ง และบรรลุแหล่งกำเนิดแสงหลายความยาวคลื่นพร้อมเอาต์พุตสเปกตรัมแบบแบน ด้วยระบบป้อนกลับ ระบบแหล่งกำเนิดแสงโซลิตอนหลายความยาวคลื่นจึงสามารถทำงานได้อย่างเสถียรนานกว่า 8 ชั่วโมง

เอาต์พุตสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดแสงมีลักษณะโดยประมาณเป็นรูปสี่เหลี่ยมคางหมู อัตราการทำซ้ำอยู่ที่ประมาณ 190 GHz สเปกตรัมแบนครอบคลุมช่วง 1470-1670 นาโนเมตร ความแบนอยู่ที่ประมาณ 2.2 dBm (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน) และช่วงสเปกตรัมแบนครอบคลุม 70% ของช่วงสเปกตรัมทั้งหมด ครอบคลุมย่านความถี่ S+C+L+U ผลการวิจัยสามารถนำไปใช้ในการเชื่อมต่อออปติกที่มีความจุสูงและมิติข้อมูลสูงออปติคอลระบบคอมพิวเตอร์ ยกตัวอย่างเช่น ในระบบสาธิตการสื่อสารความจุสูงที่ใช้แหล่งกำเนิดคลื่นความถี่แบบหวีโซลิตอนไมโครคาวิตี้ กลุ่มหวีความถี่ที่มีความต่างของพลังงานสูงจะประสบปัญหาค่า SNR ต่ำ ในขณะที่แหล่งกำเนิดคลื่นความถี่แบบโซลิตอนที่มีเอาต์พุตสเปกตรัมแบบแบนราบสามารถแก้ปัญหานี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยปรับปรุงค่า SNR ในการประมวลผลข้อมูลออปติคัลแบบขนาน ซึ่งมีความสำคัญทางวิศวกรรมอย่างยิ่ง

ผลงานที่มีชื่อว่า “Flat soliton microcomb source” ได้รับการตีพิมพ์เป็นหน้าปกในวารสาร Opto-Electronic Science ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของฉบับ “Digital and Intelligent Optics”

รูปที่ 1 แผนผังการสร้างแหล่งกำเนิดแสงหลายความยาวคลื่นบนแผ่นแบน