विज़िबल-लाइट लेज़र चिप स्केल तक सिकुड़ जाते हैं

विज़िबल-लाइट लेज़र चिप स्केल तक सिकुड़ जाते हैं

समय टिकट: 15 फरवरी, 2023 7:30 पूर्वाह्न

एक चिप से निकलने वाले दृश्य प्रकाश के विभिन्न रंगों को दिखाते हुए एकीकृत लेजर प्लेटफॉर्म का चित्रण
एकीकृत लेजर प्लेटफॉर्म: एक एकल चिप सभी रंगों को कवर करने वाली संकीर्ण लाइनविड्थ और ट्यून करने योग्य दृश्य प्रकाश उत्पन्न करती है। (सौजन्य: माइल्स मार्शल/कोलंबिया इंजीनियरिंग)

यूएस में शोधकर्ताओं ने पहला उच्च-प्रदर्शन, ट्यून करने योग्य और संकीर्ण-लाइनविड्थ विज़िबल-लाइट लेसर बनाया है जो एक फोटोनिक चिप पर फिट होने के लिए काफी छोटा है। कोलंबिया यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंस की एक टीम द्वारा विकसित, नए लेजर विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के लाल हिस्से की तुलना में कम तरंग दैर्ध्य पर काम करते हैं और क्वांटम ऑप्टिक्स, बायोइमेजिंग और लेजर डिस्प्ले जैसी तकनीकों में नियोजित किए जा सकते हैं।

"अब तक, हमारे द्वारा विकसित किए गए समान प्रदर्शन वाले लेज़र बेंचटॉप-आकार और महंगे थे, जिसने उन्हें पोर्टेबल परमाणु घड़ियों और एआर / वीआर [संवर्धित वास्तविकता और आभासी वास्तविकता] उपकरणों जैसे उच्च प्रभाव प्रौद्योगिकियों के लिए अनुपयुक्त बना दिया," बताते हैं। मेटियस कोराटो ज़ानरेला, का एक सदस्य मिशल लिपसन का नैनोफोटोनिक्स समूह कोलंबिया में। "हमारे काम में हम दिखाते हैं कि कैसे हम जटिल लेजर सिस्टम के आकार को कम करने के लिए एकीकृत फोटोनिक्स का उपयोग कर सकते हैं।"

उन्होंने कहा कि एकीकृत फोटोनिक्स ने डेटा संचार, इमेजिंग, सेंसिंग और बायोमेडिकल उपकरणों जैसे अनुप्रयोगों के लिए प्रकाश को नियंत्रित करने के तरीके में क्रांति ला दी है। सूक्ष्म और नैनोस्केल घटकों का उपयोग करके प्रकाश को रूट और आकार देकर, अब पूर्ण ऑप्टिकल सिस्टम को उन वस्तुओं तक सिकोड़ना संभव है जो उंगलियों पर फिट हो सकते हैं। बड़ी प्रगति के बावजूद, उच्च-प्रदर्शन वाले चिप-स्केल लेज़रों की कमी रही है - जिसका अर्थ है कि पूर्ण लघुकरण के लिए एक प्रमुख घटक पहुंच से बाहर है।

लाल से कम तरंग दैर्ध्य की ट्यून करने योग्य और संकीर्ण लाइनविड्थ प्रकाश

कोलंबिया का नया ऑन-चिप लेज़र प्लेटफ़ॉर्म सबसे पहले एक एकीकृत लेज़र प्लेटफ़ॉर्म के सबसे छोटे पदचिह्न और सबसे कम तरंग दैर्ध्य (404 एनएम) के साथ, लाल से कम तरंग दैर्ध्य पर ट्यून करने योग्य और संकीर्ण लाइनविड्थ प्रकाश प्रदर्शित करता है। यह प्रकाश स्रोतों के रूप में वाणिज्यिक फैब्री-पेरोट लेजर डायोड और माइक्रोन-आकार के सिलिकॉन नाइट्राइड रेज़ोनेटर के साथ एक फोटोनिक एकीकृत चिप (पीआईसी) से बना है। बाद वाले घटक को स्व-इंजेक्शन लॉकिंग नामक भौतिक प्रक्रिया के माध्यम से लेजर उत्सर्जन को एकल-आवृत्ति, आसानी से ट्यून करने योग्य और लाइनविड्थ में संकीर्ण करने के लिए संशोधित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस पीआईसी के बिना, उपकरण कई तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जन करेगा और आसानी से ट्यून करने योग्य नहीं होगा।

"प्रत्येक लेज़र डायोड मूल रूप से एक रंग के विभिन्न रंगों के अशुद्ध प्रकाश का उत्सर्जन करता है और हम अपने पीआईसी को उस उत्सर्जन को 'शुद्ध' करने के लिए डिज़ाइन करते हैं," ज़नरेला बताती हैं भौतिकी की दुनिया. "जब हम डायोड और चिप को मिलाते हैं, तो PIC द्वारा प्रदान की जाने वाली चयनात्मक और नियंत्रणीय ऑप्टिकल प्रतिक्रिया लेजर को कई रंगों के बजाय उच्च शुद्धता के एकल रंग का उत्सर्जन करने के लिए मजबूर करती है।"

उच्च अंत अनुप्रयोगों

शोधकर्ताओं का कहना है कि वे निकट-पराबैंगनी से निकट-अवरक्त तक सटीक और तेज़ फैशन में रंगों पर शुद्ध प्रकाश उत्पन्न और नियंत्रित कर सकते हैं - 267 पेटाहर्ट्ज़ / सेकंड तक। इस तरह के प्रकाश को पोर्टेबल परमाणु घड़ियों जैसे उच्च अंत अनुप्रयोगों में नियोजित किया जा सकता है जो आवश्यक लेजर स्रोतों के आकार के कारण पहले संभव नहीं थे। अन्य संभावित अनुप्रयोगों में क्वांटम सूचना, बायोसेंसिंग, अंडरवाटर लेजर रेंजिंग (LiDAR) और Li-Fi (दृश्य प्रकाश संचार) शामिल हैं।

"इस काम के बारे में रोमांचक बात यह है कि हमने मौजूदा प्रतिमान को तोड़ने के लिए एकीकृत फोटोनिक्स की शक्ति का उपयोग किया है कि उच्च प्रदर्शन वाले दृश्यमान लेजर को बेंचटॉप होना चाहिए और हजारों डॉलर खर्च करना चाहिए," ज़नरेला कहते हैं। "अब तक, उन तकनीकों को सिकोड़ना और बड़े पैमाने पर तैनात करना असंभव था, जिनके लिए ट्यून करने योग्य और संकीर्ण-लाइनविड्थ दृश्यमान लेसरों की आवश्यकता होती है। एक उल्लेखनीय उदाहरण क्वांटम ऑप्टिक्स है, जो एक प्रणाली में कई रंगों के उच्च-प्रदर्शन वाले लेसरों की मांग करता है। हम उम्मीद करते हैं कि हमारे निष्कर्ष मौजूदा और नई प्रौद्योगिकियों के लिए पूरी तरह से एकीकृत दृश्य प्रकाश प्रणालियों को सक्षम करेंगे।"

कोलंबिया के शोधकर्ता अब अपने चिप-स्केल लेजर को स्टैंडअलोन इकाइयों में बदलने का इरादा रखते हैं जिन्हें व्यावहारिक अनुप्रयोगों में आसानी से तैनात किया जा सकता है। उन्होंने अपनी तकनीक के लिए एक पेटेंट भी दायर किया है, जिसका वे वर्णन करते हैं नेचर फोटोनिक्स.

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