A közelmúltban az Egyesült Államok Stanfordi Egyetemen végzett kutatócsoport sikeresen befejezte a doktori disszertációt: Titanium: Sapphire-on-Insulator Photonics az on-chip lézerekhez és erősítőkhöz. Az eredmények új folyamatot vezettek be: Titanium: Sapphire Photonics, amely elérheti a chip alacsony küszöbértékű lézer- és nagy teljesítményű lézer-amplifikációt, új lehetőségeket biztosítva a nagysebességű számítástechnika, az adatkommunikáció és az optikai érzékelők fejlesztéséhez a jövőben.
Kutatási háttér
A lézeres technológia fejlesztése létfontosságú szerepet játszott a tudományos kutatásban és az ipari alkalmazásokban. Különösen a titán-zafírot (Titanium: Sapphire, TI: Sapphire) lézereket széles körben használják az optikai frekvenciavezetésekben, a két fotonmikroszkópiában és a kvantum optikai kísérletekben ultraszélességű sávszélességük és hangolható tartományuk miatt. Nagy méretük, magas költségük és a nagy teljesítményű szivattyú fényforrások igénye miatt azonban a hagyományos titán-zafír lézerek alkalmazása jelentősen korlátozott.
Az asztaltól a chipig: A titán zafír lézerek technológiai ugrása
A titán -zafír lézerek kiváló teljesítményük miatt régóta elfoglalták a tudományos kutatás alaphelyzetét. A hagyományos rendszerek azonban nagyok és drágák, és nem tudják kielégíteni a hordozhatóság és a nagyszabású integráció igényeit. A TI: A Stanford -csapat által kifejlesztett SAOI fotonikus platform egyetlen kristály vékony film -eljárást használ a titán -zafír integrálására egy szigetelő szubsztráton, három kulcsfontosságú áttörést elérve:
1. ultra alacsony küszöbű lézer oszcilláció
Egy alacsony veszteségű suttogó galéria-módú mikro-rezonáns üreg létrehozásával a kutatók titán-zafír lézert értek el, amely csak Milliwatt szintű szivattyú teljesítményre van szükség.
2. nagy teljesítményű optikai erősítő
A TI: SAOI hullámvezető módja több nagyságrenddel magasabb, mint a hagyományos rendszereké, felismerve a világ első szilárdtest optikai erősítőjét, amelynek működési hullámhossza 1 mikron alatt van. Ez az erősítő amplifikálhatja a picosekundumos impulzusokat 1 -es csúcsteljesítményre. 0 kilowatt torzítás nélkül.
3. hangolható integrált lézerek
A kutatócsoport sikeresen kidolgozta a világ első hangolható integrált titán-zafír lézerét, és először olcsó zöld lézerdiódákat használt szivattyú fényforrásokként. Ez a technológiai áttörés várhatóan nagyszabású titán-zafír-lézer tömböket fog megvalósítani, új lehetőségeket kínálva a jövőbeni csúcskategóriás optikai alkalmazásokhoz. Főbb haladás a kvantumoptika és a nemlineáris fotonika területén
A TI: SAOI platform fejlesztése mellett a cikk a szilícium -karbid (SIC) fotonikus platformon alapuló inverz tervezési optikai technológiát is magában foglalja. Az inverz tervezés forradalmasította a fotonika területét, lehetővé téve a komplex szerkezetek automatizált fejlesztését. Az inverz kialakítás alkalmazása azonban a nemlineáris fotonikában még csecsemőkorban van.
A kutatók kvantum és klasszikus nemlineáris fotontermelést értek el szilícium-karbid nano-optikai üregekben.
A fotonikus integráció korszaka: A kereskedelmi alkalmazások széles körű kilátásai
A kutatás alapvető hozzájárulása a titán -zafír -lézeres technológia miniatürizálásának, olcsó és méretezhetőségének elérése, új eszközöket biztosítva a tudományos és ipari közösségek számára. TI: A SAOI technológia számos területen széles körű alkalmazási kilátásokat mutat:
1. Az optikai frekvenciás fésűket használják nagy pontosságú spektrális elemzéshez és metrológiához.
2. A biooptikai képalkotás fontos szerepet játszik a nagy felbontású képalkotó technológiákban, például a két fotonmikroszkópos vizsgálatban.
3. A kvantumkommunikáció és a számítás kvantum fényforrásokként használható a hatékonyabb kvantuminformációs feldolgozás eléréséhez.
