Lasery światła widzialnego kurczą się do skali wiórów

Naukowcy z USA stworzyli pierwsze wysokowydajne, przestrajalne lasery światła widzialnego o wąskiej szerokości linii, które są wystarczająco małe, aby zmieścić się na chipie fotonicznym. Opracowane przez zespół z Columbia University School of Engineering and Applied Science nowe lasery działają na falach krótszych niż czerwona część widma elektromagnetycznego i mogą być wykorzystywane w technologiach takich jak optyka kwantowa, bioobrazowanie i wyświetlacze laserowe.

„Do tej pory lasery o wydajności podobnej do tych, które opracowaliśmy, były niewielkich rozmiarów i drogie, co czyniło je nieodpowiednimi dla technologii o dużym wpływie, takich jak przenośne zegary atomowe i urządzenia AR/VR [rzeczywistość rozszerzona i rzeczywistość wirtualna]”, wyjaśnia Mateusa Corato Zanarelli, członek Grupa nanofotoniki Michała Lipsona w Kolumbii. „W naszej pracy pokazujemy, jak możemy wykorzystać zintegrowaną fotonikę do drastycznego zmniejszenia rozmiaru złożonych systemów laserowych”.

Dodaje, że zintegrowana fotonika zrewolucjonizowała już sposób, w jaki kontrolujemy światło w zastosowaniach takich jak przesyłanie danych, obrazowanie, wykrywanie i urządzenia biomedyczne. Kierując i kształtując światło za pomocą komponentów w mikro- i nanoskali, możliwe jest teraz zmniejszenie pełnych systemów optycznych do obiektów, które mieszczą się na czubku palca. Jednak pomimo ogromnych postępów brakowało wysokowydajnych laserów w skali chipowej, co oznacza, że ​​kluczowy element do pełnej miniaturyzacji pozostaje poza zasięgiem.

Przestrajalne i wąskie światło o długości fali krótszej niż czerwona

Nowa platforma laserowa firmy Columbia jako pierwsza zademonstrowała przestrajalne światło o wąskiej szerokości linii przy długościach fal krótszych niż czerwień, przy najmniejszej powierzchni i najkrótszej długości fali (404 nm) zintegrowanej platformy laserowej. Składa się z komercyjnych diod laserowych Fabry-Perot jako źródeł światła oraz zintegrowanego układu fotonicznego (PIC) z mikronowymi rezonatorami z azotku krzemu. Ten ostatni element ma za zadanie zmodyfikować emisję lasera tak, aby była jednoczęstotliwościowa, łatwo dostrajalna i miała wąską szerokość linii poprzez fizyczny proces znany jako blokowanie samowtrysku. Bez tego PIC urządzenie emitowałoby na kilku długościach fal i nie byłoby łatwe do dostrojenia.

„Każda dioda laserowa pierwotnie emituje zanieczyszczone światło o różnych odcieniach koloru, a my projektujemy nasz PIC w celu„ oczyszczenia ”tej emisji”, mówi Zanarella Świat Fizyki. „Kiedy połączymy diodę i chip, selektywne i kontrolowane optyczne sprzężenie zwrotne zapewniane przez PIC zmusza laser do emitowania jednego koloru o wysokiej czystości zamiast wielu odcieni”.

Aplikacje z najwyższej półki

Naukowcy twierdzą, że mogą generować i kontrolować czyste światło w kolorach od bliskiego ultrafioletu do bliskiej podczerwieni w precyzyjny i szybki sposób – do 267 petaherców na sekundę. Takie światło mogłoby znaleźć zastosowanie w zaawansowanych zastosowaniach, takich jak przenośne zegary atomowe, co wcześniej nie było możliwe ze względu na rozmiar wymaganych źródeł laserowych. Inne potencjalne zastosowania obejmują informacje kwantowe, bioczujniki, podwodny zasięg laserowy (LiDAR) i Li-Fi (komunikacja w świetle widzialnym).

Ultrakrótkie impulsy światła widzialnego są łatwe

„Ekscytujące w tej pracy jest to, że wykorzystaliśmy moc zintegrowanej fotoniki do przełamania istniejącego paradygmatu, zgodnie z którym lasery widzialne o wysokiej wydajności muszą być stacjonarne i kosztować dziesiątki tysięcy dolarów” — mówi Zanarella. „Do tej pory niemożliwe było zmniejszenie i masowe wdrożenie technologii, które wymagają przestrajalnych laserów widzialnych o wąskiej szerokości linii. Godnym uwagi przykładem jest optyka kwantowa, która wymaga wysokowydajnych laserów o kilku kolorach w jednym systemie. Oczekujemy, że nasze odkrycia umożliwią w pełni zintegrowane systemy światła widzialnego dla istniejących i nowych technologii”.

Naukowcy z Columbia zamierzają teraz przekształcić swój laser chipowy w samodzielne jednostki, które można łatwo wdrożyć w praktycznych zastosowaniach. Złożyli również patent na swoją technologię, którą opisują w Nature Photonics.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/visible-light-lasers-shrink-to-chip-scale/