可視光レーザーがチップスケールに縮小

米国の研究者は、フォトニック チップに収まるほど小さい高性能で調整可能な狭線幅可視光レーザーを初めて作成しました。 コロンビア大学工学応用科学部のチームによって開発された新しいレーザーは、電磁スペクトルの赤色部分よりも短い波長で動作し、量子光学、バイオイメージング、レーザーディスプレイなどの技術に採用される可能性があります。

「これまで、私たちが開発したものと同様の性能を持つレーザーは、ベンチトップ サイズで高価だったため、ポータブル原子時計や AR/VR [拡張現実と仮想現実] デバイスなどの影響の大きい技術には適していませんでした」と説明します。 マテウス・コラト・ザナレッラのメンバー Michal Lipsonのナノフォトニクスグループ コロンビアで。 「私たちの研究では、統合フォトニクスを使用して複雑なレーザー システムのサイズを大幅に縮小する方法を示しています。」

統合フォトニクスは、データ通信、イメージング、センシング、生物医学デバイスなどのアプリケーションで光を制御する方法にすでに革命をもたらしている、と彼は付け加えます。 マイクロおよびナノスケールのコンポーネントを使用して光をルーティングおよび成形することにより、完全な光学システムを指先に収まるオブジェクトにまで縮小することが可能になりました。 しかし、大きな進歩にもかかわらず、高性能のチップスケールレーザーは不足しており、完全な小型化のための重要なコンポーネントはまだ手の届かないところにあります.

赤より短い波長の調整可能な狭線幅光

コロンビアの新しいオンチップ レーザー プラットフォームは、統合型レーザー プラットフォームの最小フットプリントと最短波長 (404 nm) で、赤色よりも短い波長で調整可能な狭線幅光を実証した最初のものです。 これは、光源としての市販のファブリペロー レーザー ダイオードと、ミクロン サイズの窒化シリコン共振器を備えたフォトニック集積チップ (PIC) で構成されています。 後者のコンポーネントは、自己注入ロッキングとして知られる物理的プロセスによって、レーザー放射を単一周波数に変更し、簡単に調整でき、線幅を狭くするように設計されています。 この PIC がなければ、デバイスは複数の波長で発光し、簡単には調整できません。

「各レーザー ダイオードは元々、さまざまな色合いの不純な光を放出します。PIC は、その放出を「浄化」するように設計されています」と Zanarella 氏は語ります。 物理学の世界. 「ダイオードとチップを組み合わせると、PIC によって提供される選択的で制御可能な光フィードバックにより、レーザーは複数の色合いではなく、高純度の単一の色を放射するようになります。」

ハイエンド アプリケーション

研究者たちは、近紫外から近赤外までの色の純粋な光を、最大 267 ペタヘルツ/秒まで正確かつ高速に生成および制御できると述べています。 このような光は、必要なレーザー光源のサイズのために以前は不可能だった、ポータブル原子時計などのハイエンド アプリケーションで使用できる可能性があります。 その他の潜在的なアプリケーションには、量子情報、バイオセンシング、水中レーザー測距 (LiDAR)、Li-Fi (可視光通信) などがあります。

超短可視光パルスが簡単に

「この研究のエキサイティングな点は、統合フォトニクスの力を利用して、高性能の可視レーザーはベンチトップである必要があり、数万ドルかかるという既存のパラダイムを打破したことです」と Zanarella 氏は言います。 「これまで、調整可能で狭線幅の可視レーザーを必要とする技術を縮小して大量に展開することは不可能でした。 注目すべき例は量子光学で、単一システムで複数の色の高性能レーザーを必要とします。 私たちの調査結果により、既存および新しい技術向けの完全に統合された可視光システムが可能になると期待しています。」

コロンビアの研究者は現在、チップスケールのレーザーを、実用的なアプリケーションに簡単に展開できるスタンドアロンユニットに変える予定です。 彼らはまた、彼らの技術の特許を申請しました。 Nature Photonicsの.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/visible-light-lasers-shrink-to-chip-scale/