Un láser de femtosegundos de bajo ruido, alto rendimiento y del tamaño de una moneda
Desde el estudio de materiales y moléculas hasta las telecomunicaciones ópticas, la tecnología cuántica y la espectroscopia óptica, los láseres de femtosegundos podrían redefinir la investigación y la innovación. El reto es que estos láseres —que utilizan resonadores ópticos para generar pulsos ultracortos de alta potencia— son grandes y caros. Pero eso está empezando a cambiar, gracias en parte a la labor del proyecto FEMTOCHIP, financiado con fondos europeos. El proyecto pretendía ofrecer la funcionalidad del láser de femtosegundos, pero a través de un paquete mucho más pequeño y menos costoso. Es decir, un microchip. «Al reunir a expertos en tecnología láser ultrarrápida, microintegración, ciencia de los materiales y aplicaciones industriales, nuestro objetivo era superar los numerosos obstáculos técnicos que hasta ahora han hecho imposibles los láseres femtopersonalizados en chips», afirma Franz Kärtner, jefe de grupo del Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY), entidad coordinadora del proyecto.
Láser más potente a partir de una plataforma fotónica compacta de silicio
El proyecto proporcionó una plataforma de integración de circuitos integrados fotónicos basada en guías de ondas gruesas de silicio que puede usarse para crear circuitos complejos basados en nitruro de silicio. El láser de alta potencia integrado y con bloqueo de modo ofrece una potencia de pico que supera los cien vatios y una anchura de pulso inferior a cien femtosegundos para aplicaciones de generación de pulsos con baja fluctuación de fase. El proyecto también demostró amplificadores ópticos de muy alta potencia capaces de aumentar el nivel de potencia de salida hasta cerca de dos vatios. «Antes de nuestro trabajo, la potencia máxima de salida de un dispositivo integrado era de apenas dos milivatios procedentes de un amplificador semiconductor», explica Neetesh Singh, científico titular del DESY. «Si comparamos nuestra solución con los mejores amplificadores integrados de los últimos treinta años, independientemente de la longitud de onda, nuestros resultados son diez veces superiores». Otros resultados importantes son el primer láser integrado de conmutación Q de muy alta energía, un reflector de rejilla apodizado de banda ancha y un amplificador de impulsos gorjeados con una potencia de pico de ochocientos vatios de la salida. El proyecto también demostró un intercalador de impulsos que aumenta la velocidad de repetición de 217 megahercios a 14 gigahercios, y todo ello desde una plataforma fotónica compacta de silicio. «Nuestros resultados no solo son comparables a los de muchos sistemas basados en fibra, sino que superan claramente incluso a los mejores amplificadores ópticos de semiconductores autónomos y ofrecen una calidad de haz prístina», añade Singh.
Abordar los retos del mundo real mediante la fotónica de silicio
El proyecto FEMTOCHIP ha sentado las bases de una tecnología láser de femtosegundos de bajo ruido, alto rendimiento y del tamaño de una moneda que estará a disposición de la ciencia y la industria por una fracción del coste habitual. Dichos láseres podrían servir de plataforma excepcionalmente potente para multitud de aplicaciones. Por ejemplo, las soluciones de FEMTOCHIP podrían actuar como láser semilla utilizado para construir fuentes complejas de láser de femtosegundos de alta potencia. Gracias a su bajísima fluctuación de fase, también podría actuar como reloj y muestreador para convertidores analógico-digitales basados en la fotónica, llevando los sistemas de cronometraje y posicionamiento a un nivel superior. «Alcanzar un nivel de potencia de salida sin precedentes permite ahora explorar la fotónica de silicio en el sentido de alta potencia a partir de un sistema en miniatura, lo cual hace que la fotónica de silicio sea realmente aplicable a los retos del mundo real», concluye Kärtner.
Palabras clave
FEMTOCHIP, láser de femtosegundos, microchip, láser, ciencia de los materiales, fotónica de silicio, circuitos
