Лазеры видимого света уменьшаются до размеров микросхем

Исследователи в США создали первые высокопроизводительные, настраиваемые лазеры видимого света с узкой шириной линии, которые достаточно малы, чтобы поместиться на фотонный чип. Разработанные группой инженеров и прикладных наук Колумбийского университета, новые лазеры работают на длинах волн короче, чем красная часть электромагнитного спектра, и могут использоваться в таких технологиях, как квантовая оптика, биоимиджинг и лазерные дисплеи.

«До сих пор лазеры с характеристиками, аналогичными разработанным нами, были настольными и дорогими, что делало их непригодными для высокоэффективных технологий, таких как портативные атомные часы и устройства AR/VR [дополненной и виртуальной реальности]», — объясняет Матеус Корато Занарелла, член Группа нанофотоники Михала Липсона в Колумбии. «В нашей работе мы показываем, как мы можем использовать интегрированную фотонику, чтобы резко уменьшить размер сложных лазерных систем».

Он добавляет, что интегрированная фотоника уже произвела революцию в способах управления светом для таких приложений, как передача данных, обработка изображений, датчики и биомедицинские устройства. Направляя и формируя свет с использованием микро- и наноразмерных компонентов, теперь можно уменьшить полные оптические системы до объектов, которые могут поместиться на кончике пальца. Однако, несмотря на большие достижения, высокопроизводительных лазеров в масштабе чипа не хватает, а это означает, что ключевой компонент для полной миниатюризации остается недосягаемым.

Настраиваемый и узкий свет с длиной волны короче красного

Новая встроенная лазерная платформа Columbia является первой, демонстрирующей настраиваемый свет с узкой шириной линии на длинах волн короче красного, с наименьшей площадью основания и самой короткой длиной волны (404 нм) интегрированной лазерной платформы. Он состоит из коммерческих лазерных диодов Фабри-Перо в качестве источников света и фотонной интегрированной микросхемы (PIC) с резонаторами из нитрида кремния микронного размера. Последний компонент предназначен для преобразования лазерного излучения в одночастотное, легко настраиваемое и узкое по ширине линии с помощью физического процесса, известного как блокировка самоинжекции. Без этого PIC устройство будет излучать на нескольких длинах волн и его будет нелегко настроить.

«Каждый лазерный диод изначально излучает нечистый свет разных оттенков цвета, и мы разрабатываем нашу PIC для «очистки» этого излучения», — говорит Занарелла. Мир физики. «Когда мы объединяем диод и чип, избирательная и управляемая оптическая обратная связь, обеспечиваемая PIC, заставляет лазер излучать один цвет высокой чистоты вместо нескольких оттенков».

Высококачественные приложения

Исследователи говорят, что они могут генерировать и контролировать чистый свет в цветах от ближнего ультрафиолетового до ближнего инфракрасного точно и быстро — до 267 петагерц в секунду. Такой свет можно было бы использовать в высокотехнологичных приложениях, таких как портативные атомные часы, что ранее было невозможно из-за размера необходимых лазерных источников. Другие потенциальные приложения включают квантовую информацию, биозондирование, подводную лазерную локацию (LiDAR) и Li-Fi (связь в видимом свете).

Сверхкороткие импульсы видимого света — это просто

«Что интересно в этой работе, так это то, что мы использовали возможности интегрированной фотоники, чтобы разрушить существующую парадигму, согласно которой высокопроизводительные лазеры видимого диапазона должны быть настольными и стоить десятки тысяч долларов», — говорит Занарелла. «До сих пор было невозможно уменьшить и массово развернуть технологии, требующие настраиваемых лазеров видимого диапазона с узкой шириной линии. Ярким примером является квантовая оптика, которая требует высокоэффективных лазеров нескольких цветов в одной системе. Мы ожидаем, что наши открытия позволят полностью интегрировать системы видимого света для существующих и новых технологий».

Исследователи из Колумбии теперь намерены превратить свой лазер в масштабе чипа в автономные устройства, которые можно легко развернуть в практических приложениях. Они также подали патент на свою технологию, которую они описывают в Nature Photonics.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/visible-light-lasers-shrink-to-chip-scale/