Frequenzkamm ebnet den Weg für kompakte Hochpräzisions-Photonik
Forschende der EPFL, der Colorado School of Mines und der China Academy of Science haben einen ultrabreitbandigen elektrooptischen Frequenzkamm entwickelt, der eine spektakuläre spektrale Abdeckung von 450 nm erreicht. Der auf Lithiumtantalat basierende Chip benötigt 20-mal weniger Leistung als bisherige Designs und könnte ein neues Zeitalter der Miniaturisierung und Effizienz in der Photonik einläuten.
Frequenzkämme sind essenzielle Werkzeuge der modernen Optik. Sie ermöglichen hochpräzise Messungen und finden Anwendung in der Telekommunikation, Umweltüberwachung und sogar der Astrophysik. Doch bislang waren kompakte, energieeffiziente Lösungen schwer realisierbar.
Das neue, von einem internationalen Forschungsteam entwickelte elektrooptische Kammgenerator-Design revolutioniert diese Technologie. Mit mehr als 2000 Kammlinien auf einer Fläche von nur 1 cm² bietet es eine bisher unerreichte Präzision und Kompaktheit.
Lithiumtantalat als Schlüsselkomponente
Im Zentrum der Entwicklung steht Lithiumtantalat (LTO), ein Material, das eine 17-mal geringere Doppelbrechung als Lithiumniobat aufweist. Diese Eigenschaft reduziert Interferenzen zwischen Lichtwellen, was eine gleichmäßige und stabile Kamm-Erzeugung ermöglicht.
Durch die Kombination von Mikrowellen- und optischen Schaltkreisen auf einer einzigen Plattform konnte das Team eine integrierte Dreifachresonanz-Architektur entwickeln, in der drei Felder – zwei optische und eine Mikrowelle – harmonisch in Resonanz stehen.
Energieeffizienz und Vielseitigkeit
Ein entscheidender Fortschritt ist der deutlich reduzierte Energiebedarf: Das neue Design benötigt fast 20-mal weniger Mikrowellenleistung als frühere Modelle. Zudem ermöglicht die kompakte Bauweise eine praktische Integration in photonische Systeme, die zuvor auf sperrige und energieintensive Lösungen angewiesen waren.
Potenzielle Anwendungen in Hochtechnologiebranchen
- Robotik: Hochpräzise Laser-Messungen für autonome Systeme
- Spektroskopie und Sensorik: Genaue Gasdetektion und Umweltanalysen
- Telekommunikation: Effizientere optische Netzwerke mit geringerem Energieverbrauch
Ein Meilenstein für die Photonik
Das neue Design zeigt das Potenzial der Co-Integration von Mikrowellen- und photonischer Technik für zukünftige Anwendungen. Durch die Kombination von hoher Präzision, geringem Energieverbrauch und kompaktem Design könnte diese Entwicklung einen Wendepunkt für optische Technologien darstellen.