Näkyvän valon laserit kutistuvat sirumittaan

Yhdysvaltalaiset tutkijat ovat luoneet ensimmäiset korkean suorituskyvyn, viritettävät ja kapealinjaiset näkyvän valon laserit, jotka ovat tarpeeksi pieniä mahtuakseen fotoniselle sirulle. Columbia University School of Engineering and Applied Sciencen tiimin kehittämät uudet laserit toimivat aallonpituuksilla, jotka ovat lyhyempiä kuin sähkömagneettisen spektrin punainen osa, ja niitä voidaan käyttää teknologioissa, kuten kvanttioptiikassa, biokuvauksessa ja lasernäytöissä.

"Tähän asti kehittämämme laserit, joiden suorituskyky oli samankaltainen kuin kehittämämme laserit, olivat työpöytäkokoisia ja kalliita, minkä vuoksi ne eivät sovellu suuritehoisiin teknologioihin, kuten kannettaviin atomikelloihin ja AR/VR-laitteisiin", selittää. Mateus Corato Zanarella, jäsen Michal Lipsonin nanofotoniikkaryhmä Columbiassa. "Työssämme näytämme, kuinka voimme käyttää integroitua fotoniikkaa pienentämään huomattavasti monimutkaisten laserjärjestelmien kokoa."

Integroitu fotoniikka on jo mullistanut tavan ohjata valoa sovelluksissa, kuten tietoliikenteessä, kuvantamisessa, anturissa ja biolääketieteellisissä laitteissa, hän lisää. Reitittämällä ja muotoilemalla valoa mikro- ja nanomittakaavan komponenttien avulla on nyt mahdollista kutistaa kokonaisia ​​optisia järjestelmiä sormenpäälle mahtuviin esineisiin. Huolimatta suuresta edistyksestä, korkean suorituskyvyn sirumittakaavan lasereista on kuitenkin puuttunut – mikä tarkoittaa, että täydellisen miniatyrisoinnin avainkomponentti on edelleen ulottumattomissa.

Viritettävä ja kapea viivanleveys valo, jonka aallonpituudet ovat punaista lyhyempiä

Columbian uusi on-chip laseralusta on ensimmäinen, joka esittelee viritettävää ja kapeaa viivanleveyttä valoa punaista lyhyemmillä aallonpituuksilla, integroidun laseralustan pienimmällä jalanjäljillä ja lyhyimmällä aallonpituudella (404 nm). Se koostuu kaupallisista Fabry-Perot-laserdiodeista valonlähteinä ja integroidusta fotonisesta sirusta (PIC), jossa on mikronikokoisia piinitridiresonaattoreita. Jälkimmäinen komponentti on suunniteltu modifioimaan laseremissio yksitaajuiseksi, helposti viritettäväksi ja kapeaksi linjaleveydeksi fyysisen prosessin avulla, joka tunnetaan nimellä itseinjektiolukitus. Ilman tätä PIC:tä laite lähettäisi useilla aallonpituuksilla, eikä sitä olisi helppo virittää.

"Jokainen laserdiodi lähettää alun perin epäpuhdasta valoa eri värisävyillä, ja suunnittelemme PIC:mme "puhdistamaan" tämän säteilyn", Zanarella kertoo. Fysiikan maailma. "Kun yhdistämme diodin ja sirun, PIC:n tarjoama valikoiva ja ohjattava optinen palaute pakottaa laserin lähettämään yhden erittäin puhtaan värin useiden sävyjen sijaan."

Huippuluokan sovellukset

Tutkijat sanovat voivansa tuottaa ja ohjata puhdasta valoa väreissä lähes ultraviolettisäteilystä lähiinfrapunaan tarkasti ja nopeasti – jopa 267 petahertsiin sekunnissa. Tällaista valoa voitaisiin käyttää huippuluokan sovelluksissa, kuten kannettavissa atomikelloissa, jotka eivät aiemmin olleet mahdollisia vaadittujen laserlähteiden koon vuoksi. Muita mahdollisia sovelluksia ovat kvanttitieto, biosensointi, vedenalainen laseretäisyys (LiDAR) ja Li-Fi (näkyvän valon viestintä).

Ultralyhyet näkyvän valon pulssit on tehty helpoksi

"Tässä työssä on jännittävää, että olemme käyttäneet integroidun fotoniikan voimaa murtaaksemme nykyisen paradigman, jonka mukaan tehokkaiden näkyvien lasereiden on oltava työpöydällä ja ne maksavat kymmeniä tuhansia dollareita", Zanarella sanoo. "Tähän asti on ollut mahdotonta kutistaa ja massakäyttöön käyttää teknologioita, jotka edellyttävät viritettävää ja kapeaa viivanleveyttä näkyvää laseria. Merkittävä esimerkki on kvanttioptiikka, joka vaatii usean värin korkean suorituskyvyn lasereita yhdessä järjestelmässä. Odotamme, että löydömme mahdollistavat täysin integroidut näkyvän valon järjestelmät olemassa oleville ja uusille teknologioille.

Columbian tutkijat aikovat nyt muuttaa sirumittakaavaisen laseristaan ​​itsenäisiä yksiköitä, joita voidaan helposti ottaa käyttöön käytännön sovelluksissa. He ovat myös jättäneet patentin teknologialleen, jonka he kuvaavat Luonto Fotoniikka.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/visible-light-lasers-shrink-to-chip-scale/