A lézerek használata a mindennapi életben viszonylag elterjedtté vált, és fontos eszközei lehetnek a természetben szabad szemmel láthatatlan dolgok megfigyelésének, elemzésének és számszerűsítésének – olyan feladatoknak, amelyeknek a múltban sajnos korlátozottak voltak nagy, drága műszerek használatának szükségessége.
A New York-i Városi Egyetem és a California Institute of Technology csapatának tudóscsoportja kísérletileg bemutatta a nagy teljesítményű, ultragyors lézerek nanofotonikus chipeken történő előállításának új módját – bemutatták a világ első elektromosan pumpás üzemmódban zárt, nagy teljesítményű lézereit. csúcsimpulzusteljesítmény a vékonyfilmes lítium-niobát fotóchipekre integrálva. A kutatás a közelmúltban címlapként jelent meg a Science folyóiratban.
A kutatás egy miniatürizált üzemmódban zárt lézeren alapul – amely egyedülálló lézert bocsát ki, amely femtoszekundumos időközönként ultrarövid koherens fényimpulzusokat bocsát ki – mondta Qiushi Guo csapatvezető.
Az ultragyors üzemmódban zárolt lézerek központi szerepet játszanak a természet leggyorsabb időskáláinak titkainak megfejtésében, amelyek magukban foglalják a molekuláris kötések kialakulásának és felszakadásának tanulmányozását kémiai reakciókban, valamint a fény terjedésének dinamikájának feltárását turbulens közegben.
A gyors impulzuscsúcs intenzitásuk és széles spektrumlefedettségük miatt a mód-zárolt lézerek fejlesztése számos fotonikai technológia, köztük az optikai atomórák, a biológiai képalkotás és a fényalapú adatszámítások kifejlesztését is elősegítette. számítógépekben.
Sajnos még a mai korszerű üzemmód-zárolt lézerek is drágák és energiaéhesek, ami ahhoz vezetett, hogy használatukat nagyrészt laboratóriumi környezetekre korlátozzák.
A fent említett csapat célja: forradalmasítani az ultragyors fotonika területét azáltal, hogy nagy laboratóriumi rendszereket alakítanak át chip méretű rendszerekké, amelyek tömegesen gyárthatók és bevethetők a terepen. Csupán kicsinyíteni akarják a dolgokat, de azt is szeretnék elérni, hogy ezek az ultragyors chipméretű lézerek kielégítő teljesítményt nyújtsanak. Például elegendő csúcsimpulzus-intenzitásra van szükségük, lehetőleg több mint 1 wattra, hogy értelmes chip-méretű rendszereket építsenek fel.
A hatékony mód-zárolt lézerek chipen történő megvalósítása és integrálása azonban kihívást jelentő feladat. Ez a kutatás vékonyréteg-lítium-niobátot (TFLN) használ, amely egy innovatív anyagplatform. Ennek az anyagnak a használatával lehetőség nyílik a lézerimpulzusok precíz szabályozására és hatékony kialakítására külső RF elektromos jel hozzáadásával.
Kísérleteik során Guo csapata ügyesen kombinálta a III-V félvezetők nagy lézererősítési jellemzőit a TFLN nanofotonikus hullámvezetők rendkívül hatékony impulzusformáló képességével, így végül egy olyan lézert mutattak be, amelynek kimeneti csúcsteljesítménye akár 0,5 watt is lehet. .
Az általuk bemutatott mód-zárolt lézer kompakt méretén kívül számos izgalmas új funkcióval is rendelkezik, amelyek nagy ígéretekkel szolgálhatnak a jövőbeli alkalmazások számára.
Például a lézer szivattyú áramának precíz hangolásával Guo rájött, hogy a kimenő impulzusismétlési frekvencia finomhangolása széles, 200 MHz-es tartományban lehetséges. A demonstrációs lézer robusztus újrakonfigurálhatósága révén a csapat azt reméli, hogy megkönnyíti a precíziós érzékelési alkalmazásokhoz kritikus chip-méretű, frekvenciastabilizált fésűforrásokat.
Míg a méretezhető, integrált, ultragyors fotonikus rendszerek hordozható és kézi eszközökhöz való megvalósítása további kihívások elé állítja Kuo csapatát, a mostani bemutató fontos mérföldkövet jelent a nagyobb akadályok leküzdésében.
Ez az eredmény megnyitja az utat a mobiltelefonok használatához a szembetegségek diagnosztizálására vagy az E. coli és az élelmiszerekben és a környezetben előforduló veszélyes vírusok elemzésére. Segíthet a jövő chip-méretű atomóráinak létrehozásában is, lehetővé téve a navigációt, ha a GPS megsérül vagy nem elérhető.
A tudósok egy nagy akadályt győztek le ezzel a legújabb demonstrációval. Mindazonáltal a tudósok alig várják, hogy leküzdjék a hordozható és kézi eszközökön használható, méretezhető, integrált, ultragyors fotonikus rendszerek fejlesztésének további akadályait.
