Amplificador paramétrico fotónico integrado de ondas de desplazamiento continuo

Área de la Ciencia:

• Fotónica y ingeniería óptica
• Dispositivos de semiconductores
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La amplificación de la señal óptica es crucial, generalmente se basa en fibras dopadas con tierras raras o semiconductores III-V.
• La amplificación paramétrica utilizando la no linealidad de Kerr en fibras ópticas ofrece una alternativa, permitiendo aplicaciones como la amplificación silenciosa y la regeneración de señales.
• Las demostraciones anteriores de circuitos fotónicos integrados (PIC) requerían láseres pulsados, lo que limita las aplicaciones prácticas; el niobato de litio polarizado periódicamente a granel (PPLN) logró una ganancia de onda continua pero carecía de integración de silicio.

Objetivo del estudio:

• Demostrar un amplificador óptico paramétrico de onda móvil (OPA) basado en circuitos fotónicos integrados con ganancia de señal neta en el régimen de onda continua (CW).
• Para superar las limitaciones de los láseres pulsados en demostraciones anteriores de ganancia paramétrica basadas en PIC.
• Para integrar el aumento de parámetros de onda continua en un chip fotónico de silicio.

Principales métodos:

• Utilizó circuitos fotónicos integrados de nitruro de silicio (Si3N4) de dispersión de baja pérdida.
• Fabricado el dispositivo en un compacto 5x5 mm2 chip de silicio.
• Se ha conseguido una amplificación paramétrica de onda de desplazamiento en el régimen de onda continua.

Principales resultados:

• Se ha demostrado una ganancia paramétrica continua de 12 dB en la banda C de telecomunicaciones.
• La ganancia lograda superó las pérdidas de propagación en el chip y las pérdidas de acoplamiento de fibra-chip-fibra.
• El dispositivo funciona dentro de una huella compacta en un chip de silicio.

Conclusiones:

• Este trabajo presenta el primer OPA de onda móvil CW basado en PIC con ganancia de señal neta.
• Los amplificadores paramétricos desarrollados ofrecen un espectro de ganancia controlado litográficamente, un tamaño compacto y resistencia a la retroalimentación.
• La tecnología tiene potencial para aplicaciones desde el visible hasta el infrarrojo medio, fuera de las bandas de amplificación convencionales de tierras raras, y ofrece un rendimiento cuántico limitado.