Стабильный лазер обычно приходится постоянно «подруливать» электроникой, чтобы частота не уплывала из-за нагрева и других небольших изменений. Команда EPFL создала интегрированный лазер, который удерживает стабильность частоты сам, без отдельного активного контура управления.
Разработка использует самоинжекционную синхронизацию. Часть света попадает в микрорезонатор на фотонном чипе, возвращается обратно в полупроводниковый лазер и подавляет колебания частоты. Раньше такой режим оставался очень чувствительным к току, температуре и фазе возвращённого света. Малейшее отклонение могло сорвать синхронизацию, поэтому электронике приходилось постоянно корректировать параметры. Работа подобных оптических резонаторов напрямую зависит от способности долго удерживать свет с минимальными потерями.
Инженеры EPFL изменили расположение резонансов и так называемую дисперсию фазы обратной связи. Соседние устойчивые диапазоны начали перекрываться, поэтому при перестройке лазер переходит из одного синхронизированного состояния в другое и не проваливается обратно в свободный нестабильный режим.
Во время испытаний ток меняли от 154 до 300 мА. Во всём диапазоне частотный шум уменьшался более чем в 5000 раз, а собственная ширина линии оставалась ниже 10 Гц. Встроенные пьезоэлектрические элементы также позволили перестраивать частоту более чем на 1,5 ГГц без скачков мод и без активной коррекции тока или фазы обратной связи. Результаты исследования опубликованы в Nature Photonics.
Авторы называют подход «бесконечной самоинжекционной синхронизацией». Архитектура может упростить компактные источники сверхстабильного света для лидаров, квантовых датчиков, когерентной связи и атомных часов. Пока речь идёт о лабораторной демонстрации, поэтому для практических приборов потребуется дальнейшая инженерная доработка и упаковка системы.
