לייזרים לאור נראה מתכווצים לקנה מידה שבב

חוקרים בארה"ב יצרו את הלייזרים הראשונים בעלי ביצועים גבוהים, ניתנים לכיוון ורוחב קו צר, קטנים מספיק כדי להתאים לשבב פוטוני. הלייזרים החדשים, שפותחו על ידי צוות בבית הספר להנדסה ומדע יישומי של אוניברסיטת קולומביה, פועלים באורכי גל קצרים מהחלק האדום של הספקטרום האלקטרומגנטי וניתן להשתמש בהם בטכנולוגיות כמו אופטיקה קוונטית, ביולוגית ותצוגות לייזר.

"עד עכשיו, לייזרים עם ביצועים דומים לאלה שפיתחנו היו בגודל של שולחן עבודה ויקרים, מה שהפך אותם לא מתאימים לטכנולוגיות בעל השפעה גבוהה כמו שעונים אטומיים ניידים ומכשירי AR/VR [מציאות רבודה ומציאות מדומה]", מסביר Mateus Corato Zanarella, חבר ב קבוצת הננופוטוניקה של מיכל ליפסון בקולומביה. "בעבודתנו אנו מראים כיצד אנו יכולים להשתמש בפוטוניקה משולבת כדי לכווץ באופן דרסטי את הגודל של מערכות לייזר מורכבות."

פוטוניקה משולבת כבר חוללה מהפכה בדרך שבה אנו שולטים באור עבור יישומים כגון תקשורת נתונים, הדמיה, חישה והתקנים ביו-רפואיים, הוא מוסיף. על ידי ניתוב ועיצוב אור באמצעות רכיבים בקנה מידה מיקרו וננו, ניתן כעת לכווץ מערכות אופטיות מלאות עד לאובייקטים שיכולים להתאים על קצה האצבע. עם זאת, למרות ההתקדמות הגדולה, חסרו לייזרים בקנה מידה שבבים בעלי ביצועים גבוהים - כלומר מרכיב מפתח למזעור מוחלט נותר מחוץ להישג יד.

אור מתכוונן ורוחב קו צר באורכי גל קצרים מאדום

פלטפורמת הלייזר על-שבב החדשה של קולומביה היא הראשונה להדגים אור ברוחב קו צר צר באורכי גל קצרים מאדום, עם טביעת הרגל הקטנה ביותר ואורך הגל הקצר ביותר (404 ננומטר) של פלטפורמת לייזר משולבת. הוא מורכב מדיודות לייזר מסחריות של Fabry-Perot כמקורות האור ושבב פוטוני משולב (PIC) עם מהודים סיליקון ניטריד בגודל מיקרון. הרכיב האחרון נועד לשנות את פליטת הלייזר להיות חד-תדרית, ניתנת לכוונון בקלות וצר ברוחב הקו באמצעות תהליך פיזי המכונה נעילה בהזרקה עצמית. ללא PIC זה, המכשיר היה פולט במספר אורכי גל ולא ניתן יהיה לכוונן בקלות.

"כל דיודת לייזר במקור פולטת אור לא טהור בגוונים שונים של צבע ואנחנו מעצבים את ה-PIC שלנו כדי 'לטהר' את הפליטה הזו", אומר זנרלה. עולם הפיזיקה. "כאשר אנו משלבים את הדיודה והשבב, המשוב האופטי הסלקטיבי והניתן לשליטה שמספק ה-PIC מאלץ את הלייזר לפלוט צבע בודד של טוהר גבוה במקום גוונים מרובים."

יישומים מתקדמים

החוקרים אומרים שהם יכולים ליצור ולשלוט באור טהור בצבעים מכמעט אולטרה סגול ועד קרוב לאינפרא אדום בצורה מדויקת ומהירה - עד 267 פטהרץ לשנייה. ניתן להשתמש באור כזה ביישומים מתקדמים כגון שעונים אטומיים ניידים שלא היו אפשריים בעבר בגלל גודלם של מקורות הלייזר הנדרשים. יישומים פוטנציאליים נוספים כוללים מידע קוונטי, חישה ביולוגית, טווח לייזר תת-מימי (LiDAR) ו-Li-Fi (תקשורת אור נראה).

פעימות אור גלוי קצרות במיוחד הפכו בקלות

"מה שמרגש בעבודה הזו הוא שהשתמשנו בכוחה של פוטוניקה משולבת כדי לשבור את הפרדיגמה הקיימת לפיה לייזרים גלויים בעלי ביצועים גבוהים צריכים להיות מובילים ועלותם של עשרות אלפי דולרים", אומר זנרלה. "עד עכשיו, אי אפשר היה לכווץ ולפרוס טכנולוגיות המצריכות לייזרים גלויים ברוחב קו צר. דוגמה בולטת היא אופטיקה קוונטית, הדורשת לייזרים בעלי ביצועים גבוהים של מספר צבעים במערכת אחת. אנו מצפים שהממצאים שלנו יאפשרו מערכות אור נראה משולבות במלואן עבור טכנולוגיות קיימות וחדשות".

חוקרי קולומביה מתכוונים כעת להפוך את הלייזר שלהם בקנה מידה שבב ליחידות עצמאיות שניתן לפרוס בקלות ביישומים מעשיים. הם גם הגישו פטנט על הטכנולוגיה שלהם, אותה הם מתארים Nature Photonics.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/visible-light-lasers-shrink-to-chip-scale/