Обычно стабильный лазер требует постоянной электронной корректировки частоты из-за теплового дрейфа и прочих возмущений. Инженеры EPFL создали интегрированный лазер, который сам поддерживает стабильность частоты — без отдельной электроники обратной связи.
В основе разработки лежит самоинжекционная синхронизация. Часть излучения попадает в микрорезонатор на фотонном чипе, отражается назад в полупроводниковый лазер и подавляет флуктуации частоты. Раньше такой режим был хрупким: колебания тока, температуры или фазы возвращённого света срывали синхронизацию, и электронике приходилось непрерывно вмешиваться. Работоспособность оптических резонаторов зависит от способности удерживать свет с минимальными потерями длительное время.
Исследователи переспроектировали расположение резонансов и фазовую дисперсию обратной связи. Соседние устойчивые режимы начали перекрываться, поэтому при изменении тока лазер плавно переходит из одного синхронизированного состояния в другое, не падая в нестабильный режим.
При варьировании тока от 154 до 300 мА частотный шум снизился более чем в 5000 раз, а ширина спектральной линии осталась ниже 10 Гц. Встроенные пьезоэлектрические элементы позволили перестраивать частоту на 1,5 ГГц без скачков мод и без активного управления током или фазой обратной связи. Статья опубликована в Nature Photonics.
Авторы называют метод «бесконечной самоинжекционной синхронизацией». Такая архитектура может упростить разработку компактных сверхстабильных источников света для лидаров, квантовых датчиков, оптической связи и атомных часов. На данный момент это лабораторная демонстрация; для практических приборов потребуется инженерная доработка и интеграция системы.
