Ключевым элементом новой разработки стал квантово-каскадный лазер – источник когерентного средневолнового инфракрасного излучения, принцип работы которого основан на использовании многослойных полупроводниковых наноструктур. В отличие от традиционных полупроводниковых лазеров, где для генерации импульсов света применяются устоявшиеся методы синхронизации мод, квантово-каскадные лазеры крайне сложно перевести в импульсный режим из-за их сверхбыстрой внутренней динамики. Существующие генераторы импульсов средневолнового инфракрасного диапазона на основе квантово-каскадных лазеров обычно требуют сложных внешних схем и множества отдельных компонентов. Кроме того, они часто ограничены по мощности и ширине спектра излучения.

Новый генератор импульсов, напротив, объединяет на одном чипе несколько концепций из области нелинейной интегральной фотоники и интегральных лазеров, позволяя формировать пикосекундные импульсы света особой формы, называемые солитонами. При разработке архитектуры чипа исследователи вдохновлялись принципами работы Керровских микрорезонаторов – устройств для модуляции света. Такой подход позволил обойтись без традиционных методов, таких как синхронизация мод, для генерации импульсов. Важным аспектом является и то, что устройство может быть произведено с использованием стандартных промышленных процессов изготовления полупроводников.

Разработанный лазер продемонстрировал стабильную генерацию импульсов в течение нескольких часов. По мнению исследователей, эта технология открывает новые горизонты в средневолновой инфракрасной спектроскопии. Способность массового производства таких устройств с использованием существующих промышленных мощностей может стать решающим фактором для их широкого распространения в различных областях, включая мониторинг окружающей среды, управление промышленными процессами, медико-биологические исследования и медицинскую диагностику.