Laserji z vidno svetlobo se skrčijo na velikost čipa

Raziskovalci v ZDA so ustvarili prve visokozmogljive, nastavljive laserje z ozko širino vidne svetlobe, ki so dovolj majhni, da se prilegajo fotonskemu čipu. Novi laserji, ki jih je razvila ekipa na Univerzi Columbia School of Engineering and Applied Science, delujejo na valovnih dolžinah, krajših od rdečega dela elektromagnetnega spektra, in bi jih lahko uporabili v tehnologijah, kot so kvantna optika, bioslikovanja in laserski zasloni.

»Do sedaj so bili laserji z zmogljivostjo, podobno tistim, ki smo jih razvili, namizni in dragi, zaradi česar niso bili primerni za tehnologije z velikim vplivom, kot so prenosne atomske ure in naprave AR/VR [razširjena in navidezna resničnost],« pojasnjuje. Mateus Corato Zanarella, član Skupina za nanofotoniko Michala Lipsona na Columbii. "V našem delu pokažemo, kako lahko uporabimo integrirano fotoniko za drastično zmanjšanje velikosti kompleksnih laserskih sistemov."

Integrirana fotonika je že spremenila način nadzora svetlobe za aplikacije, kot so podatkovne komunikacije, slikanje, zaznavanje in biomedicinske naprave, dodaja. Z usmerjanjem in oblikovanjem svetlobe z uporabo komponent na mikro in nanometrskem merilu je zdaj mogoče skrčiti celotne optične sisteme do predmetov, ki se lahko prilegajo konici prsta. Kljub velikemu napredku pa manjka visoko zmogljivih laserjev na čipih – kar pomeni, da ključna komponenta za popolno miniaturizacijo ostaja nedosegljiva.

Nastavljiva in ozka svetloba z valovno dolžino, krajšo od rdeče

Columbijina nova laserska platforma na čipu je prva, ki prikazuje nastavljivo svetlobo z ozko širino črte pri valovnih dolžinah, krajših od rdeče, z najmanjšim odtisom in najkrajšo valovno dolžino (404 nm) integrirane laserske platforme. Sestavljen je iz komercialnih laserskih diod Fabry-Perot kot virov svetlobe in fotoničnega integriranega čipa (PIC) z resonatorji iz silicijevega nitrida mikronske velikosti. Slednja komponenta je zasnovana tako, da spreminja lasersko sevanje tako, da je enofrekvenčno, enostavno nastavljivo in z ozko širino črte s fizičnim procesom, znanim kot zaklepanje s samoinjiciranjem. Brez tega PIC bi naprava oddajala na več valovnih dolžinah in je ne bi bilo enostavno nastaviti.

»Vsaka laserska dioda prvotno oddaja nečisto svetlobo različnih odtenkov barve in naš PIC oblikujemo tako, da 'prečisti' to emisijo,« pravi Zanarella Svet fizike. "Ko združimo diodo in čip, selektivna in nadzorovana optična povratna informacija, ki jo zagotavlja PIC, prisili laser, da oddaja eno samo barvo visoke čistosti namesto več odtenkov."

Vrhunske aplikacije

Raziskovalci pravijo, da lahko ustvarijo in nadzorujejo čisto svetlobo v barvah od skoraj ultravijoličnih do skoraj infrardečih na natančen in hiter način – do 267 petahercev/sekundo. Takšno svetlobo bi lahko uporabili v vrhunskih aplikacijah, kot so prenosne atomske ure, ki prej niso bile mogoče zaradi velikosti zahtevanih laserskih virov. Druge možne aplikacije vključujejo kvantne informacije, biosenzorje, podvodno lasersko določanje razdalje (LiDAR) in Li-Fi (komunikacije z vidno svetlobo).

Ultrakratki impulzi vidne svetlobe so preprosti

»Pri tem delu je vznemirljivo to, da smo uporabili moč integrirane fotonike, da bi razbili obstoječo paradigmo, da morajo biti visoko zmogljivi vidni laserji namizni in stati na desettisoče dolarjev,« pravi Zanarella. »Do zdaj je bilo nemogoče skrčiti in množično uvajati tehnologije, ki zahtevajo nastavljive in ozke širine vidnih laserjev. Pomemben primer je kvantna optika, ki zahteva visoko zmogljive laserje več barv v enem sistemu. Pričakujemo, da bodo naše ugotovitve omogočile popolnoma integrirane sisteme vidne svetlobe za obstoječe in nove tehnologije.«

Raziskovalci Columbie zdaj nameravajo svoj laser na čipu spremeniti v samostojne enote, ki jih je mogoče preprosto uporabiti v praktičnih aplikacijah. Vložili so tudi patent za svojo tehnologijo, ki jo opisujejo v Narava fotonika.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/visible-light-lasers-shrink-to-chip-scale/