Создан микрочип, объединяющий весь световой спектр

Экспериментальная установка, показанная здесь, включает технологию оптического параметрического осциллятора (ОРО) на чипе для генерации гребёнки частот лазерного света, охватывающей широкий диапазон частот при очень малой входной энергии. На этом изображении чип содержит ~20 ОРО, и один из них тестируется. Слева от чипа видно оптическое волокно, а справа — свободный объектив. Автор: Алиреза Маради

Исследователи из Калифорнийского технологического института под руководством профессора электротехники и прикладной физики Алирезы Маради разработали крошечное устройство, способное генерировать необычайно широкий диапазон частот лазерного света с ультравысокой эффективностью — и всё это на одном микрочипе.

Новая нанофотонная технология, описанная в журнале Nature Photonics, использует оптический параметрический осциллятор (ОРО) на основе ниобата лития. Устройство создаёт так называемую «гребёнку частот» — спектр равномерно расположенных лазерных линий в широком диапазоне частот при очень низкой входной энергии.

«Мы демонстрируем, что с помощью одного нанофотонного устройства и низкой входной энергии в фемтоджоулях можно охватить широкий участок электромагнитного спектра — от видимых длин волн до среднего инфракрасного диапазона. Это то, чего никогда не делали раньше», — говорит Алиреза Маради.

Ключевыми достижениями устройства являются инженерия дисперсии (управление распространением различных длин волн света) и тщательно спроектированная резонаторная структура. Вместе они позволяют устройству эффективно расширять спектр и поддерживать когерентность при чрезвычайно низком пороге энергии.

Чип, использованный Маради и его коллегами. Автор: Рёто Сэкинэ

Исследователи отмечают, что были удивлены производительностью устройства. Спектр оказался не только чрезвычайно широким, но и когерентным, что противоречило учебным описаниям работы ОРО.

Эта работа может изменить подход к технологиям на основе гребёнок частот, которые в настоящее время представлены в настольных установках, и перевести их на интегрированные фотонные устройства. Технология найдёт применение в коммуникациях, визуализации и спектроскопии, где свет поможет обнаруживать атомы и молекулы в различных условиях.

Больше информации: Multi-octave frequency comb from an ultra-low-threshold nanophotonic parametric oscillator, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01753-7