激光在從現(xiàn)代通信和連接到生物醫(yī)學(xué)和制造的各個(gè)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，許多應(yīng)用需要能夠發(fā)出多種頻率的激光 - 光的顏色 - 同時(shí)，每個(gè)激光都像梳子上的牙齒一樣精確分離。

光頻梳用于環(huán)境監(jiān)測以檢測分子的存在，例如毒素; 在天文學(xué)中尋找系外行星; 精密計(jì)量和計(jì)時(shí)。然而，它們?nèi)匀积嫶笄野嘿F，這限制了它們的應(yīng)用。因此，研究人員已經(jīng)開始探索如何將這些光源小型化并將它們集成到芯片上，以滿足更廣泛的應(yīng)用需求，包括電信，微波合成和光學(xué)測距。但到目前為止，片上頻率梳在效率，穩(wěn)定性和可控性方面都存在爭議。

現(xiàn)在，來自哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)和斯坦福大學(xué)的研究人員已開發(fā)出一種高效，穩(wěn)定且可通過微波高度控制的集成式片上頻率梳。

該研究發(fā)表在“ 自然”雜志上。

“在光通信領(lǐng)域，如果你想通過小型光纜發(fā)送更多信息，你需要擁有可以獨(dú)立控制的不同顏色的光線，”SEIA電氣工程Tiantsai Lin教授Marko Loncar說道。這項(xiàng)研究的資深作者。“這意味著你要么需要一百個(gè)單獨(dú)的激光器，要么需要一個(gè)頻率梳。我們開發(fā)了一種頻率梳，它是一種優(yōu)雅，節(jié)能和集成的方法來解決這個(gè)問題。”

Loncar和他的團(tuán)隊(duì)使用鋰鈮酸鹽開發(fā)了頻率梳，這種材料以其電光特性而聞名，這意味著它可以有效地將電子信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。由于鋰鈮酸鋰具有強(qiáng)大的電光特性，該團(tuán)隊(duì)的頻率梳可以覆蓋整個(gè)電信帶寬，并大大提高了可調(diào)性。

“以前的片上頻率梳只給了我們一個(gè)調(diào)諧旋鈕，”聯(lián)合第一作者M(jìn)ian Zhang說，他現(xiàn)在是HyperLight的首席執(zhí)行官，之前是SEAS的博士后研究員。“它就像一個(gè)電視，其中頻道按鈕和音量按鈕是相同的。如果你想改變頻道，你最終也會(huì)改變音量。利用鈮酸鋰的電光效應(yīng)，我們有效地分離了這些功能和現(xiàn)在可以獨(dú)立控制它們。“

這是通過使用微波信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，允許梳子的特性 - 包括帶寬，齒之間的間距，線的高度以及打開和關(guān)閉的頻率 - 可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。

“現(xiàn)在，我們可以通過微波很簡單地控制梳子的性能，”Loncar說。“這是光學(xué)工具箱中的另一個(gè)重要工具。”

“這些緊湊型頻率梳特別適合作為數(shù)據(jù)中心光通信的光源，”斯坦福大學(xué)電氣工程教授，該研究的另一位資深作者Joseph Kahn說。“在一個(gè)數(shù)據(jù)中心 - 實(shí)際上是一個(gè)包含數(shù)千臺(tái)計(jì)算機(jī)的倉庫大小的建筑物 - 光學(xué)鏈路形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，連接所有計(jì)算機(jī)，因此它們可以在大規(guī)模計(jì)算任務(wù)上協(xié)同工作。頻率梳，通過提供許多不同顏色的光，可以使許多計(jì)算機(jī)互連并交換大量數(shù)據(jù)，滿足數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算的未來需求。

哈佛技術(shù)開發(fā)辦公室保護(hù)了與該項(xiàng)目有關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該研究還得到了OTD的物理科學(xué)和工程加速器的支持，該加速器為研究項(xiàng)目提供轉(zhuǎn)化資金，這些研究項(xiàng)目顯示出可能產(chǎn)生重大商業(yè)影響的潛力。