Investigadores de la Universidad Hebrea desarrollaron un dispositivo óptico microscópico impreso en 3D que puede combinar de forma eficiente la luz de decenas de pequeños láseres semiconductores en una única fibra óptica multimodo con muy bajas pérdidas. La tecnología podría simplificar y mejorar los sistemas láser de alta potencia, las comunicaciones ópticas y otras aplicaciones fotónicas donde es fundamental entregar una gran potencia óptica eficiente a través de fibras.
Un nuevo estudio del estudiante de doctorado Yoav Dana, bajo la dirección del profesor Dan M. Marom y su equipo en el Instituto de Física Aplicada de la Universidad Hebrea de Jerusalem, demuestra un avance significativo en la escala de sistemas y la miniaturización de un aparato combinador de haces ópticos, como los necesarios en sistemas láser de alta potencia.
La investigación, realizada en colaboración con Civan Lasers y financiada por la Autoridad de Innovación de Israel, presenta una novedosa Linterna Fotónica (PL) impresa en 3D a microescala diseñada para la combinación eficiente e incoherente de fuentes multimodo.
Esta innovación aborda el reto de larga duración de acoplar la luz de grandes matrices de láseres de emisión superficial de cavidad vertical (VCSEL), cada una de dichas fuentes VCSEL multimodales, en fibras multimodo (MMF), preservando al mismo tiempo el brillo y la capacidad modal del sistema.
Avances destacados:
- Realización de la primera linterna fotónica multimodo (MM PL): mientras que las linternas fotónicas tradicionales interactúan entre múltiples entradas monomodo (SM) y una única guía de onda multimodo, esta investigación logra realizar con éxito una novedosa arquitectura “N-MM PL” que soporta muchas fuentes multimodo VCSEL multiplexadas en una única guía de onda de alto conteo de modos.
- Escalabilidad masiva: el equipo demostró con éxito PLs capaces de multiplexar 7, 19 e incluso 37 fuentes VCSEL, cada una transmitiéndose a través de seis modos espaciales en una única fibra óptica multimodo, soportando un total de hasta 222 modos espaciales.
- Alta eficiencia a tamaño diminuto: Los dispositivos lograron bajas pérdidas de acoplamiento en fibra multimodo estándar 50 μm, tan bajas como -0,6 dB para PLs de 19 entradas y -0,8 dB para PLs de 37 entradas, requiriendo que todo el PL requiriera menos de 1/2 mm de longitud, lo que es muchos órdenes de magnitud menor que los sistemas de multiplexación óptica competidores.
- Brillo preservado: a diferencia de los sistemas tradicionales de lentes de relé que a menudo disminuyen la calidad del haz, esta arquitectura “N-MM PL” ajusta la capacidad modal para preservar el brillo, un factor crítico para sistemas ópticos de alto rendimiento.
Avance técnico:
Tradicionalmente, las Linternas Fotónicas se diseñaban para entradas monomodo, lo que las hacía incompatibles con las salidas multimodo de matrices VCSEL de alta potencia.
El equipo de la Universidad Hebrea superó esto diseñando una transición adiabática que convierte múltiples fuentes de pocos modos en una única fibra multimodo con grados de libertad igualados. A pesar de su capacidad a gran escala, estos dispositivos siguen siendo increíblemente compactos, con el PL de 37 entradas midiendo solo 470 μm en longitud.
El artículo de investigación titulado “Massive-scale spatial multiplexing of multimode VCSELs with a 3D-printed photonic lantern”, ya está disponible en Nature Communications.
