Учёные создали микроскопический фотонный фонарь для объединения 37 лазеров

Израильские исследователи представили микроскопическое оптическое устройство, способное объединять свет от десятков полупроводниковых лазеров в одно оптическое волокно с минимальными потерями энергии. Технология, получившая название «фотонный фонарь», напечатана на 3D-принтере и открывает путь к созданию более компактных и мощных лазерных систем.

Команда под руководством аспиранта Йоава Дана и профессора Дана М. Марома из Еврейского университета в Иерусалиме разработала новую архитектуру фотонного фонаря — N-MM PL. В отличие от классических решений, работающих только с одномодовыми источниками, новая конструкция принимает сразу несколько многомодовых лазеров типа VCSEL и направляет их излучение в одно многомодовое волокно.

Исследователи протестировали устройства с 7, 19 и 37 входами. Каждый лазер генерировал шесть пространственных мод, что в сумме дало до 222 мод, переданных через одно волокно диаметром 50 микрометров. При этом потери сигнала составили всего −0,6 дБ для 19-канальной версии и −0,8 дБ для 37-канальной — показатели, подтверждающие высокую эффективность передачи.

Раньше фотонные фонари не могли работать с многомодовыми лазерами высокой мощности: несовпадение режимов приводило к потере яркости и требовало сложной юстировки оптики. Новая конструкция решает эту проблему за счёт адиабатического перехода — плавного преобразования нескольких входных пучков в один выходной без рассеяния энергии.

Устройство получилось чрезвычайно компактным: даже самая крупная 37-канальная версия не превышает 470 микрометров в длину. Это на порядки меньше существующих систем мультиплексирования, что упрощает интеграцию в промышленное оборудование, системы связи и сенсоры.

Технология востребована в отраслях, где нужна высокая оптическая мощность, передаваемая по волокну: лазерная резка и сварка материалов, оптоволоконная связь, лидары, медицинские приборы и оборонные системы. Масштабирование подхода позволит объединять сотни лазерных диодов в один канал, значительно увеличивая выходную мощность без усложнения конструкции.

Исследование выполнено при поддержке Управления инноваций Израиля и компании Civan Lasers. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Источник: interestingengineering