Investigadores han desarrollado un dispositivo óptico microscópico, impreso en 3D, capaz de combinar eficientemente la luz de decenas de pequeños láseres semiconductores en una única fibra óptica multimodo con pérdidas muy bajas. El equipo demostró “photonic lanterns” (lanzadores fotónicos) que multiplexan 7, 19 y 37 láseres VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) multimodo directamente en una fibra, preservando el brillo y facilitando la alineación. Esta tecnología, que permite una combinación de haces incoherente y escalable de múltiples láseres multimodo, podría simplificar y mejorar los sistemas láser de alta potencia, las comunicaciones ópticas y otras aplicaciones fotónicas donde la entrega eficiente de gran potencia óptica a través de fibras es fundamental.
Un nuevo estudio publicado en Nature Communications, realizado por el estudiante de doctorado Yoav Dana, bajo la dirección del profesor Dan M. Marom y su equipo del Instituto de Física Aplicada de la Universidad Hebrea de Jerusalén, Israel, demuestra un avance significativo en la escala del sistema y la miniaturización de un aparato de combinación de haces ópticos, como los requeridos en sistemas láser de alta potencia.
La investigación, llevada a cabo en colaboración con Civan Lasers y financiada por la Autoridad de Innovación de Israel, introduce un novedoso “Photonic Lantern” (PL) microescalado, impreso en 3D, diseñado para la combinación incoherente eficiente de fuentes multimodo. Esta innovación aborda el desafío de acoplar la luz de grandes arreglos de láseres VCSEL, cada una de estas fuentes siendo multimodo, a fibras multimodo (MMF) preservando el brillo y la capacidad modal del sistema.
Avances Clave:
- Realización del primer Photonic Lantern Multimodo (MM PL): Mientras que los “photonic lanterns” tradicionales interconectan múltiples entradas de un solo modo con una única guía de onda multimodo, esta investigación ha logrado con éxito una nueva arquitectura “N-MM PL” que soporta múltiples fuentes VCSEL multimodo multiplexadas en una única guía de onda de alto conteo de modos.
- Escalabilidad Masiva: El equipo demostró con éxito PL capaces de multiplexar 7, 19 e incluso 37 fuentes VCSEL, cada una emitiendo a través de seis modos espaciales, en una única fibra óptica multimodo, soportando un total de hasta 222 modos espaciales.
- Alta Eficiencia en un Tamaño Diminuto: Los dispositivos lograron bajas pérdidas de acoplamiento en fibras multimodo estándar de 50 μm, tan bajas como -0.6 dB para PL de 19 entradas y -0.8 dB para PL de 37 entradas, con todo el PL requiriendo menos de ½ mm de longitud, lo que es muchas órdenes de magnitud menor que los sistemas de multiplexación óptica competidores.
- Brillo Preservado: A diferencia de los sistemas de lentes de relé tradicionales que a menudo disminuyen la calidad del haz, esta arquitectura “N-MM PL” iguala la capacidad modal para preservar el brillo, un factor crítico para los sistemas ópticos de alto rendimiento.
Avance Técnico:
Tradicionalmente, los “Photonic Lanterns” se diseñaron para entradas de un solo modo, haciéndolos incompatibles con las salidas multimodo de los arreglos VCSEL de alta potencia. El equipo de la Universidad Hebrea superó este problema diseñando una transición adiabática que convierte múltiples fuentes de pocos modos en una única fibra multimodo con grados de libertad coincidentes. A pesar de su capacidad a gran escala, estos dispositivos siguen siendo increíblemente compactos, con el PL de 37 entradas midiendo solo 470 μm de longitud.
