Высокопроизводительные лазеры нового поколения

Сеть дальнего космоса НАСА (DSN), своего рода система GPS для космоса, полагается на атомные часы для обеспечения предельной точности. Любая современная навигационная система должна точно синхронизировать радиосигналы для триангуляции местоположения. Но потребность в точности еще выше в космосе, где большие расстояния могут усугублять даже крошечные ошибки.

Достижения, сделанные Люте Малеки, бывшим исследователем Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, и его коллегами из Лаборатории реактивного движения в космосе, теперь привели к созданию одних из самых совершенных в мире лазеров и генераторов для таких приложений, как связь, дальномеры для беспилотных автомобилей, и новые области, такие как квантовые вычисления.

В 1980-х годах, работая над улучшением технологии атомных часов для DSN, Малеки основал группу квантовых наук и технологий Лаборатории реактивного движения для разработки новых возможностей с использованием квантовой физики, которая управляет самыми элементарными частицами, такими как фотоны или вибрирующие атомы. в часах. Команда разработала улучшенный и более доступный тип атомных часов, а также впервые отправила сигналы атомных часов по оптоволоконным кабелям на антенны, расположенные почти в 20 милях.

В начале 1990-х Малеки и еще один сотрудник его лаборатории изобрели генератор нового типа. «У него была проблема со стабильностью, которую он не мог решить, и я сказал ему превратить ее в осциллятор, чтобы решить ее, и мы изобрели оптоэлектронный осциллятор», — сказал Малеки.

Генераторы имеют решающее значение не только для хронометража, но и для связи, где они позволяют двум или более устройствам согласовывать точную частоту отправки и получения информации. В то время как все предыдущие осцилляторы использовали электрический ток для генерации вибрации, этот использовал лазерный свет. С тех пор оптоэлектронный осциллятор стал критически важным для нескольких приложений, таких как радар, космическая техника и беспроводная связь.

Однако для обеспечения постоянной частоты генератору необходим резонатор. В то время это обычно было оптическое волокно, которое могло передавать выходной сигнал на приличное расстояние — в идеале примерно на милю — и передавать его обратно, позволяя системе отслеживать собственную выходную частоту и подавлять шум, объяснил Малеки. . Это сделало систему громоздкой.

Это привело к его второму основополагающему изобретению:использованию оптического резонатора с модой шепчущей галереи. В то время НАСА мало что использовало в этом, но Малеки был уверен, что рынок есть.

Он основал OEwaves (OE означает оптоэлектронный) в 1999 году, получив около 30 патентов, полученных в результате работы его команды в НАСА и лицензированных Калифорнийским технологическим институтом, который управляет Лабораторией реактивного движения.

Компании потребовалось некоторое время, чтобы найти свое место в меняющемся технологическом ландшафте, но ее продукты, в том числе полупроводниковые лазеры с самым низким уровнем шума, нашли новые рынки, открывающиеся в последние годы. Один из них — «умные структуры», концепция, которая существует уже несколько десятилетий, но начинает применяться на практике, особенно в Азии. Волоконно-оптические датчики, встроенные в здания, мосты, железные дороги и другие конструкции, могут обнаруживать напряжение или деформацию, но для этого требуются лазеры с низким уровнем шума, чтобы выявлять крошечные изменения длины волны.

Малеки сказал, что он также ожидает роста спроса на рынках мобильных телефонов и средств связи, поскольку они переходят на более высокие частоты, которые более эффективно передают информацию, но требуют чрезвычайно высокой точности.

А в 2014 году OEwaves выделила компанию Strobe Inc. для разработки технологии Li-DAR для беспилотных автомобилей. Система LiDAR использует отраженные лазерные сигналы для построения трехмерной карты своего окружения, что многие компании-производители автономных транспортных средств считают перспективной технологией. Cruise Automation, дочерняя компания GM, приобрела Strobe в 2017 году.

Малеки сказал, что та же технология, которая началась в JPL, позволила Strobe разработать небольшие эффективные системы LiDAR, которые могли быстро менять частоту — метод, называемый «щебетание», — используя только резонатор. Щебетание помогает измерять как расстояние, так и скорость окружающих объектов. И всю систему можно поместить на фотонную интегральную схему, что еще больше снизит затраты.

Несколько университетов и компаний также покупают лазерные компоненты для исследования будущих квантовых устройств для связи, вычислений и других приложений.

Дополнительную информацию см. здесь .