Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Integrated III-V Semiconductor Frequency Comb on a Chip

Alternativ tittel: Integrerte III-V Halvledere Frekvens-Kam på en Brikke

Tildelt: kr 3,9 mill.

Lyspærer avgir hvitt lys, bestående av et av synlig lys fra 380 til 740 nm. Lasere derimot avgir bare en bølgelengde (et veldig smalt spekter) av lys, men med mye høyere intensitet. I dette prosjektet vil vi studere en ny type laserkilde kalt frekvens-kam. Slike frekvens-kammer avgir laserlys med diskrete og periodiske frekvenser som kan dekke et bredt spekter. Frekvenskamlasere vil kunne gi mange anvendelses-muligheter for fremtidig metrologi, presisjonsspektroskopi, astronomiske observasjoner, ultra-rask optikk og kvanteinformasjonsteknologi. Vi vil benytte såkalt ikke-linearitetsteknikk er for å kontrollere laserlysutbredelsen inne i en germanium-bølgeleder/kavitet. Laserlyset vil bli generert fra en kvantekaskadelaser eller en halvlederdiodelaser, og deretter bli ledet inn i germanium-bølgelederen/kaviteten. Vi vil optimalisere bølgelederen/kaviteten for å oppnå lavt lystap og forsterket såkalt Kerr ikke-linearitet slik at det skapes gode frekvenskammer ved MIR og LWIR-bølgelengder. I løpet av det siste året av prosjektet vil vi bruke disse frekvenskammene til å utføre dobbeltkamspektroskopi for sanntids gassanalyse. Med en rekke egenutviklede fabrikasjonsprosesser, har Ge mikroresonatorer nå blitt laget som viser en rekordhøy kvalitetsfaktor (Q) for det langbølgede infrarøde spekteret. Den forbedrede Q-faktoren er to størrelsesordener høyere enn tidligere rapportert, noe som er svært fordelaktig for å generere frekvenskam i langbølget infrarødt spektrum, siden terskelen for frekvenskamgenerering er invers-relatert til Q i kvadrat.

We propose to realize the generation of frequency combs using diode lasers and quantum cascade lasers (QCLs) at mid-infrared (MIR) and long-wavelength infrared (LWIR) wavelengths, respectively. Since Ge is transparent at both MIR and LWIR wavelengths, we will utilize a heterogeneous wafer bonding technique to monolithically integrate Ge on top of laser structures. The etching process will be optimized to minimize the waveguide loss, and group velocity engineering will be applied to achieve zero group velocity dispersion at both MIR and LWIR by adjusting the aspect ratio and geometry of the waveguide. For the most challenging LWIR wavelengths, we will maximize the Kerr nonlinearity of the waveguide and utilize coupled-waveguides for dispersion compensation to achieve zero group velocity dispersion. By achieving the frequency comb generation using diode lasers and QCLs, demonstration experiments will be carried out to quantify the composition of a gas mixture at MIR wavelength and to detect DMMP molecules with its concentration under 0.5 ppb in air. These will allow us to achieve a frequency comb platform at both MIR and LWIR that ushers in an era of on-chip applications in ultra-sensitive sensing technologies, which will benefit a variety of subjects. These include bio-medical and environmental sensing, screening, imaging, astronomical exploration, and more.

Aktivitet:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek