Τα λέιζερ ορατού φωτός συρρικνώνονται σε κλίμακα τσιπ

Ερευνητές στις ΗΠΑ δημιούργησαν τα πρώτα λέιζερ ορατού φωτός υψηλής απόδοσης, συντονισμού και στενού πλάτους γραμμής, τα οποία είναι αρκετά μικρά ώστε να χωρούν σε ένα φωτονικό τσιπ. Αναπτύχθηκε από μια ομάδα στη Σχολή Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών του Πανεπιστημίου Κολούμπια, τα νέα λέιζερ λειτουργούν σε μήκη κύματος μικρότερα από το κόκκινο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε τεχνολογίες όπως η κβαντική οπτική, η βιοαπεικόνιση και οθόνες λέιζερ.

«Μέχρι τώρα, τα λέιζερ με απόδοση παρόμοια με αυτά που έχουμε αναπτύξει ήταν σε μέγεθος πάγκου και ακριβά, γεγονός που τα καθιστούσε ακατάλληλα για τεχνολογίες υψηλής πρόσκρουσης, όπως φορητά ατομικά ρολόγια και συσκευές AR/VR [επαυξημένης πραγματικότητας και εικονικής πραγματικότητας]», εξηγεί. Mateus Corato Zanarella, μέλος του Η ομάδα νανοφωτονικών του Michal Lipson στην Κολούμπια. «Στην εργασία μας δείχνουμε πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ολοκληρωμένη φωτονική για να συρρικνώσουμε δραστικά το μέγεθος πολύπλοκων συστημάτων λέιζερ».

Η ολοκληρωμένη φωτονική έχει ήδη φέρει επανάσταση στον τρόπο ελέγχου του φωτός για εφαρμογές όπως οι επικοινωνίες δεδομένων, η απεικόνιση, η αίσθηση και οι βιοϊατρικές συσκευές, προσθέτει. Με τη δρομολόγηση και τη διαμόρφωση του φωτός χρησιμοποιώντας εξαρτήματα μικροκλίμακας και νανοκλίμακας, είναι πλέον δυνατό να συρρικνωθούν πλήρως τα οπτικά συστήματα σε αντικείμενα που μπορούν να χωρέσουν σε ένα δάχτυλο. Παρά τις μεγάλες προόδους, ωστόσο, λείπουν λέιζερ υψηλής απόδοσης σε κλίμακα τσιπ – που σημαίνει ότι ένα βασικό στοιχείο για την πλήρη σμίκρυνση παραμένει απρόσιτο.

Συντονιζόμενο και στενό φως πλάτους γραμμής με μήκη κύματος μικρότερο από το κόκκινο

Η νέα πλατφόρμα λέιζερ on-chip της Columbia είναι η πρώτη που επιδεικνύει συντονιζόμενο και στενό φως πλάτους γραμμής σε μήκη κύματος μικρότερα από το κόκκινο, με το μικρότερο αποτύπωμα και το μικρότερο μήκος κύματος (404 nm) μιας ενσωματωμένης πλατφόρμας λέιζερ. Αποτελείται από εμπορικές διόδους λέιζερ Fabry-Perot ως πηγές φωτός και ένα φωτονικό ολοκληρωμένο τσιπ (PIC) με αντηχεία νιτριδίου του πυριτίου μεγέθους μικρού. Το τελευταίο εξάρτημα έχει σχεδιαστεί για να τροποποιεί την εκπομπή λέιζερ ώστε να είναι μονής συχνότητας, εύκολα ρυθμίσιμη και στενή σε πλάτος γραμμής μέσω μιας φυσικής διαδικασίας γνωστής ως κλειδώματος αυτοέγχυσης. Χωρίς αυτό το PIC, η συσκευή θα εκπέμπει σε πολλά μήκη κύματος και δεν θα συντονιζόταν εύκολα.

«Κάθε δίοδος λέιζερ αρχικά εκπέμπει ακάθαρτο φως διαφορετικών αποχρώσεων ενός χρώματος και σχεδιάζουμε την PIC μας για να «καθαρίσουμε» αυτή την εκπομπή», λέει ο Zanarella. Κόσμος Φυσικής. «Όταν συνδυάζουμε τη δίοδο και το τσιπ, η επιλεκτική και ελεγχόμενη οπτική ανάδραση που παρέχεται από το PIC αναγκάζει το λέιζερ να εκπέμπει ένα μόνο χρώμα υψηλής καθαρότητας αντί για πολλαπλές αποχρώσεις».

Εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας

Οι ερευνητές λένε ότι μπορούν να παράγουν και να ελέγχουν καθαρό φως σε χρώματα από το σχεδόν υπεριώδες έως το κοντινό υπέρυθρο με ακριβή και γρήγορο τρόπο – έως 267 petahertz/δευτερόλεπτο. Τέτοιο φως θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας, όπως φορητά ατομικά ρολόγια που προηγουμένως δεν ήταν δυνατά λόγω του μεγέθους των απαιτούμενων πηγών λέιζερ. Άλλες πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν κβαντικές πληροφορίες, βιοαισθητήρες, υποβρύχια εμβέλεια λέιζερ (LiDAR) και Li-Fi (επικοινωνίες με ορατό φως).

Οι εξαιρετικά σύντομοι παλμοί ορατού φωτός έγιναν εύκολοι

«Αυτό που είναι συναρπαστικό σε αυτή τη δουλειά είναι ότι χρησιμοποιήσαμε τη δύναμη της ενσωματωμένης φωτονικής για να σπάσουμε το υπάρχον παράδειγμα ότι τα ορατά λέιζερ υψηλής απόδοσης χρειάζονται για να είναι σε βάση και να κοστίζουν δεκάδες χιλιάδες δολάρια», λέει ο Zanarella. «Μέχρι τώρα, ήταν αδύνατο να συρρικνωθούν και να αναπτυχθούν μαζικά τεχνολογίες που απαιτούν συντονισμένα και ορατά λέιζερ στενού πλάτους. Ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα είναι η κβαντική οπτική, η οποία απαιτεί λέιζερ υψηλής απόδοσης πολλών χρωμάτων σε ένα μόνο σύστημα. Αναμένουμε ότι τα ευρήματά μας θα επιτρέψουν πλήρως ενσωματωμένα συστήματα ορατού φωτός για υπάρχουσες και νέες τεχνολογίες».

Οι ερευνητές της Columbia σκοπεύουν τώρα να μετατρέψουν το λέιζερ κλίμακας τσιπ σε αυτόνομες μονάδες που μπορούν εύκολα να αναπτυχθούν σε πρακτικές εφαρμογές. Έχουν επίσης καταθέσει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την τεχνολογία τους, την οποία περιγράφουν Nature Photonics.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/visible-light-lasers-shrink-to-chip-scale/