Efisiensi Tinggi, Biaya Rendah: Laser Microcomb “All in One” Baru Dapat Mengubah Barang Elektronik Konsumen

Laser yang dibuat di Universitas Rochester membuka jalan bagi generator sisir frekuensi on-chip yang baru.

Sisir frekuensi optik, perangkat penting untuk mengukur cahaya, telah mengubah bidang seperti metrologi, spektroskopi, dan pengembangan jam atom. Namun, kesulitan dalam memproduksi generator sisir frekuensi pada skala mikrochip telah membatasi integrasinya ke dalam teknologi umum, seperti elektronik genggam.

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Komunikasi Alampara peneliti di Universitas Rochester menjelaskan laser microcomb baru yang mereka kembangkan mampu mengatasi keterbatasan sebelumnya dan menampilkan desain sederhana yang dapat membuka pintu untuk berbagai penggunaan.

Apa itu Microcomb?

Sisir frekuensi optik menghasilkan spektrum cahaya yang terdiri dari beberapa berkas koheren, masing-masing disetel ke frekuensi atau warna berbeda, dalam jarak yang merata. Bentuk yang dihasilkan menyerupai gigi pada sisir rambut. Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah berupaya menciptakan versi miniatur dari teknologi ini, atau microcomb, yang dapat ditampung dalam chip kecil.

Namun meski para ilmuwan telah membuat kemajuan dalam membuat prototipe mikrocomb, keberhasilan mereka terbatas dalam menghasilkan versi yang layak dan dapat diterapkan pada perangkat praktis. Hambatannya meliputi efisiensi daya yang rendah, kemampuan pengendalian yang terbatas, respons mekanis yang lambat, dan perlunya pra-konfigurasi sistem yang canggih.

Mahasiswa PhD teknik elektro dan komputer, Zhengdong Gao, menyesuaikan perangkat laser microcomb “semua dalam satu” baru yang dibuat di laboratorium profesor Qiang Lin. Kredit: Foto Universitas Rochester / J. Adam Fenster

Pendekatan yang Disederhanakan

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Qiang Lin, seorang profesor di Departemen Teknik Elektro dan Komputer Rochester dan di Institut Optik, menciptakan pendekatan unik untuk memecahkan tantangan ini dalam satu perangkat.

Menurut Jingwei Ling, seorang mahasiswa PhD teknik elektro dan komputer di lab Lin dan penulis utama makalah tersebut, pendekatan sebelumnya biasanya mengandalkan laser dengan panjang gelombang tunggal yang disuntikkan ke dalam konverter nonlinier yang dapat mentransfer panjang gelombang tunggal menjadi beberapa panjang gelombang, sehingga membentuk sisir optik.

“Kami menghilangkan panjang gelombang tunggal karena hal itu akan menurunkan efisiensi sistem,” kata Ling. “Kami malah membuat seluruh sisir itu sendiri diperkuat dalam putaran umpan balik di dalam sistem, sehingga semua panjang gelombang dipantulkan dan ditingkatkan dalam satu elemen.”

Kesederhanaan laser microcomb “multi functional” menghasilkan kebutuhan daya yang lebih rendah, biaya yang lebih rendah, kemampuan penyesuaian yang tinggi, dan pengoperasian turnkey.

“Mudah dioperasikan,” kata rekan penulis Zhengdong Gao, yang juga seorang mahasiswa PhD teknik elektro dan komputer di laboratorium Lin. “Cara sebelumnya membuat sisir sulit untuk dirangsang, namun dengan metode ini, kita hanya perlu menyalakan sumber listrik, dan kita dapat mengontrol sisir secara langsung.”

Masih banyak kendala dalam penerapan laser microcomb ini, terutama dalam mengembangkan teknik fabrikasi untuk membuat komponen sekecil itu dalam toleransi yang diperlukan untuk produksi. Namun, para peneliti berharap perangkat mereka dapat digunakan untuk aplikasi seperti sistem telekomunikasi dan deteksi dan jangkauan cahaya (LiDAR) untuk kendaraan otonom.

Referensi: “Laser microcomb bertenaga listrik” oleh Jingwei Ling, Zhengdong Gao, Shixin Xue, Qili Hu, Mingxiao Li, Kaibo Zhang, Usman A. Javid, Raymond Lopez-Rios, Jeremy Staffa dan Qiang Lin, 17 Mei 2024, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038/s41467-024-48544-2

Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan dan Nationwide Science Basis mendukung penelitian ini.