Оптический прорыв: миниатюрное устройство объединяет 37 лазеров в один канал

Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме разработали микроскопическое оптическое устройство, напечатанное на 3D-принтере, которое может объединять свет 37 полупроводниковых лазеров в одно оптическое волокно. При этом его размер составляет всего 470 микрометров. Это достижение может изменить подходы к мощным лазерным системам и оптической связи.

Фотонные волокна обычно работают с одномодовыми источниками, что ограничивает их использование с большинством мощных полупроводниковых лазеров, работающих в многомодовом режиме. Ключевой инновацией исследователей Еврейского университета является новая архитектура, которая позволяет напрямую соединять несколько многомодовых VCSEL (вертикально-полых лазеров поверхностного излучения) в одно многомодовое оптическое волокно.

Ученые объединили 7, 19 и 37 лазеров, каждый из которых работает в шести пространственных режимах, пишет EurekAlert. Система может поддерживать до 222 пространственных мод, объединенных в одно многомодовое волокно, сохраняя яркость и упрощая требования к выравниванию.

Устройство чрезвычайно компактно: вся конструкция занимает менее полмиллиметра в длину. Даже 37-канальная версия имеет размер всего 470 микрометров. При этом достигнут высокий КПД: потери связи для 19-канальной конструкции составляют всего -0,6 дБ, а для 37-канальной — около -0,8 дБ.

Секрет этой эффективности заключается в адиабатическом оптическом переходе внутри эмиттера, который постепенно преобразует многомодовые входы в один многомодовый канал. Эта структура сохраняет оптические степени свободы системы, сводя к минимуму рассеяние и потери мощности.

Технология демонстрирует масштабируемый метод объединения некогерентных лучей, при котором лазеры не нуждаются в фазовой синхронизации — устройство просто эффективно объединяет их выходные сигналы. Это открывает возможность объединения сотен полупроводниковых лазеров в одном оптоволоконном канале, что радикально увеличит мощность волоконных лазерных систем при сохранении компактности оборудования.