Upotreba lasera u svakodnevnom životu postala je relativno uobičajena, a oni također mogu biti važan alat za promatranje, analizu i kvantificiranje stvari u prirodi koje su nevidljive golim okom - zadaci koji su, nažalost, u prošlosti bili ograničeni potreba za korištenjem velikih, skupih instrumenata.
Tim naučnika sa Gradskog univerziteta u Njujorku i tima Kalifornijskog instituta za tehnologiju eksperimentalno su demonstrirali novi način proizvodnje ultrabrzih lasera visokih performansi na nanofotonskim čipovima – demonstrirali su prve na svetu lasere sa zaključavanjem moda sa električnom pumpom i visokim vršna impulsna snaga integrisana na foto-čipovima od tankog filma litijum niobata. Istraživanje je nedavno objavljeno kao naslovna priča u časopisu Science.
Istraživanje se zasniva na minijaturiziranom laseru s zaključavanjem moda - koji emituje jedinstveni laser koji emituje niz ultrakratkih koherentnih svjetlosnih impulsa u femtosekundnim intervalima, rekao je vođa tima Qiushi Guo.
Ultrabrzi laseri sa zaključavanjem moda igraju centralnu ulogu u otkrivanju misterija najbržih vremenskih skala prirode, što uključuje proučavanje formiranja i prekida molekularnih veza u hemijskim reakcijama i istraživanje dinamike širenja svetlosti u turbulentnim medijima.
Upravo je razvoj lasera sa zaključavanjem moda, zbog njihovog brzog pulsnog vršnog intenziteta i široke spektralne pokrivenosti, također potaknuo razvoj niza fotoničkih tehnologija, uključujući optičke atomske satove, bio-imaging i računanje podataka na bazi svjetlosti. u kompjuterima.
Nažalost, čak su i današnji najmoderniji laseri sa zaključavanjem moda još uvijek skupi i zahtjevni za energijom, što je dovelo do toga da je njihova upotreba u velikoj mjeri ograničena na laboratorijska okruženja.
Cilj gore pomenutog tima: je revolucionirati polje ultrabrze fotonike transformacijom velikih laboratorijskih sistema u sisteme veličine čipa koji se mogu masovno proizvoditi i primjenjivati na terenu. Oni samo žele da stvari umanjuju, ali takođe žele da budu sigurni da ovi ultrabrzi laseri veličine čipa pružaju zadovoljavajuće performanse. Na primjer, potreban im je dovoljan vršni intenzitet impulsa, po mogućnosti više od 1 vata, da bi izgradili smislene sisteme veličine čipa.
Međutim, realizacija i integracija efikasnih lasera sa zaključavanjem moda na čipu je izazovan zadatak. Ovo istraživanje koristi tankoslojni litijum niobat (TFLN), inovativnu platformu materijala. Koristeći ovaj materijal, moguće je precizno kontrolisati i efikasno formirati laserske impulse dodavanjem eksternog RF električnog signala.
U svojim eksperimentima, Guov tim je vješto kombinovao karakteristike visokog laserskog pojačanja poluprovodnika III-V sa visokoefikasnom sposobnošću oblikovanja impulsa TFLN nanofotonskih talasovoda, na kraju demonstrirajući laser sa izlaznom vršnom snagom do 0.5 vati .
Pored svoje kompaktne veličine, laser sa zaključavanjem moda koji su demonstrirali ima nekoliko uzbudljivih novih karakteristika koje bi mogle obećati mnogo za buduće aplikacije.
Na primjer, preciznim podešavanjem struje laserske pumpe, Guo je shvatio mogućnost finog podešavanja frekvencije ponavljanja izlaznog impulsa u širokom rasponu od 200 MHz. Koristeći robusnu rekonfiguraciju demonstracionog lasera, tim se nada da će olakšati izvore češlja koji su stabilizovani frekvencijom na nivou čipa i koji su kritični za aplikacije preciznog senzora.
Iako realizacija skalabilnih, integrisanih, ultrabrzih fotonskih sistema za prenosive i ručne uređaje predstavlja dodatne izazove za Kuov tim, trenutna demonstracija označava važnu prekretnicu u prevazilaženju velikih prepreka.
Ovo dostignuće otvara put korištenju mobilnih telefona za dijagnosticiranje očnih bolesti ili analizu E. coli i opasnih virusa u hrani i okolišu. To bi također moglo pomoći u stvaranju atomskih satova budućnosti na nivou čipa, omogućavajući navigaciju kada je GPS oštećen ili nedostupan.
Naučnici su savladali veliku prepreku ovom najnovijom demonstracijom. Ipak, naučnici se raduju rješavanju dodatnih prepreka razvoja skalabilnih, integriranih, ultrabrzih fotonskih sistema koji se mogu koristiti na prijenosnim i ručnim uređajima.
