Ερευνητές του JQI ανέπτυξαν νέα φωτονικά τσιπ που μετατρέπουν αξιόπιστα ένα μόνο χρώμα λέιζερ σε μια σειρά νέων αποχρώσεων, χωρίς ενεργή παρέμβαση ή περίπλοκη βελτιστοποίηση. Η πρωτοποριακή αυτή τεχνολογία, που δημοσιεύθηκε στο «Science» στις 6 Νοεμβρίου 2025, αποτελεί σημαντική πρόοδο για την κβαντική τεχνολογία και τη μετρολογία ακριβείας.
Πώς τα φωτονικά τσιπ δημιουργούν νέα χρώματα
Σε αντίθεση με ένα πρίσμα που απλώς διαχωρίζει χρώματα, τα νέα τσιπ δημιουργούν εντελώς νέες συχνότητες φωτός. Αυτό καθίσταται δυνατό μέσω ισχυρών μη γραμμικών αλληλεπιδράσεων. Σε κανονικές συνθήκες το φως αλληλεπιδρά γραμμικά με ένα υλικό, χωρίς να αλλάζει συχνότητα. Όμως, όταν εγκλωβίζεται σε μικροσκοπικούς δακτυλιοειδείς φωτονικούς συντονιστές, κυκλοφορεί εκατοντάδες χιλιάδες φορές, ενισχύοντας τις μη γραμμικές διεργασίες που οδηγούν σε διπλασιασμό, τριπλασιασμό ή τετραπλασιασμό της συχνότητας.
Η πρόκληση της συχνοτικής προσαρμογής
Η παραγωγή πολλαπλών αρμονικών απαιτεί ταυτόχρονη ικανοποίηση αυστηρών συνθηκών «συχνότητας και φάσης». Ακόμη και μικροσκοπικές κατασκευαστικές αποκλίσεις μπορούν να χαλάσουν αυτήν την ισορροπία, καθιστώντας πολλά τσιπ άχρηστα για μαζική παραγωγή. Η λύση συνήθως ήταν η χρήση ενεργών θερμαντικών στοιχείων, τα οποία απαιτούν ρεύμα και αυξάνουν την πολυπλοκότητα.
Η ανακάλυψη των διπλών χρονικών κλιμάκων
Η ομάδα ανακάλυψε ότι οι πολύ-δακτυλιοειδείς δομές που είχαν σχεδιάσει σε προηγούμενα πειράματα προσέφεραν «έτοιμη» συχνοτική προσαρμογή. Οι μικροδακτύλιοι δημιουργούν μια γρήγορη χρονική κλίμακα, ενώ ο μεγάλος «υπερ-δακτύλιος» δημιουργεί μια δεύτερη πιο αργή. Ο συνδυασμός των δύο αυξάνει σημαντικά τις πιθανότητες φυσικής επίτευξης των αναγκαίων συνθηκών χωρίς ενεργή ρύθμιση.
Οι ερευνητές δοκίμασαν έξι τσιπ με είσοδο στα 190 THz -μια συχνότητα τηλεπικοινωνιακών λέιζερ- και κάθε τσιπ παρήγαγε δεύτερη, τρίτη και τέταρτη αρμονική: κόκκινο, πράσινο και μπλε φως. Αντίθετα, τα συμβατικά μονοδακτυλικά τσιπ απέδωσαν ελάχιστα ακόμη και με ενεργή θέρμανση.
Σημασία για την τεχνολογία φωτονικής
Η νέα πλατφόρμα υπόσχεται ευρεία εφαρμογή σε φωτονική ολοκλήρωση, μετατροπή συχνοτήτων, μη γραμμική οπτική υπολογιστική και ακριβείς μετρήσεις χρόνου και συχνοτήτων, προσφέροντας λύση σε ένα πρόβλημα δεκαετιών χωρίς πολύπλοκες ρυθμίσεις: «Απλώς δουλεύουν», όπως λέει χαρακτηριστικά η ερευνητική ομάδα.
