Laser ánh sáng khả kiến ​​​​thu nhỏ về quy mô chip

Các nhà nghiên cứu ở Mỹ đã tạo ra tia laser ánh sáng nhìn thấy có băng thông hẹp, hiệu suất cao, có thể điều chỉnh và đầu tiên đủ nhỏ để lắp vào chip quang tử. Được phát triển bởi một nhóm tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng thuộc Đại học Columbia, các tia laze mới hoạt động ở bước sóng ngắn hơn phần màu đỏ của quang phổ điện từ và có thể được sử dụng trong các công nghệ như quang học lượng tử, hình ảnh sinh học và màn hình laze.

“Cho đến nay, các loại laser có hiệu suất tương tự như loại chúng tôi đã phát triển đều có kích thước để bàn và đắt tiền, khiến chúng không phù hợp với các công nghệ tác động cao như đồng hồ nguyên tử di động và các thiết bị AR/VR [thực tế tăng cường và thực tế ảo],” ​​giải thích Mateus Corato Zanarella, một thành viên của Nhóm quang tử nano của Michal Lipson tại Columbia. “Trong công việc của mình, chúng tôi chỉ ra cách chúng ta có thể sử dụng quang tử tích hợp để thu nhỏ đáng kể kích thước của các hệ thống laser phức tạp.”

Ông cho biết thêm, quang tử tích hợp đã cách mạng hóa cách chúng ta điều khiển ánh sáng cho các ứng dụng như truyền dữ liệu, hình ảnh, cảm biến và thiết bị y sinh. Bằng cách định tuyến và định hình ánh sáng bằng cách sử dụng các thành phần có kích thước vi mô và nano, giờ đây có thể thu nhỏ toàn bộ hệ thống quang học thành các vật thể vừa vặn trên đầu ngón tay. Tuy nhiên, bất chấp những tiến bộ vượt bậc, vẫn còn thiếu các tia la-de quy mô chip hiệu suất cao – có nghĩa là một thành phần quan trọng để thu nhỏ hoàn toàn vẫn nằm ngoài tầm với.

Ánh sáng băng thông hẹp và có thể điều chỉnh được có bước sóng ngắn hơn màu đỏ

Nền tảng laser trên chip mới của Columbia là nền tảng đầu tiên chứng minh ánh sáng có băng thông hẹp và điều chỉnh được ở bước sóng ngắn hơn màu đỏ, với diện tích nhỏ nhất và bước sóng ngắn nhất (404 nm) của nền tảng laser tích hợp. Nó bao gồm các điốt laze Fabry-Perot thương mại làm nguồn sáng và một chip tích hợp quang tử (PIC) với các bộ cộng hưởng silicon nitride có kích thước micron. Thành phần thứ hai được thiết kế để sửa đổi phát xạ laze thành tần số đơn, dễ điều chỉnh và thu hẹp băng thông thông qua một quy trình vật lý được gọi là khóa tự tiêm. Nếu không có PIC này, thiết bị sẽ phát ra ở một số bước sóng và sẽ không dễ dàng điều chỉnh được.

Zanarella cho biết: “Mỗi đi-ốt laser ban đầu phát ra ánh sáng không tinh khiết với các sắc thái màu khác nhau và chúng tôi thiết kế PIC của mình để 'làm sạch' sự phát xạ đó. Thế giới vật lý. “Khi chúng tôi kết hợp diode và chip, phản hồi quang chọn lọc và có thể kiểm soát được cung cấp bởi PIC buộc tia laser phát ra một màu duy nhất có độ tinh khiết cao thay vì nhiều sắc thái.”

Ứng dụng cao cấp

Các nhà nghiên cứu cho biết họ có thể tạo ra và kiểm soát ánh sáng tinh khiết ở các màu từ cận cực tím đến cận hồng ngoại một cách chính xác và nhanh chóng – lên tới 267 petahertz/giây. Ánh sáng như vậy có thể được sử dụng trong các ứng dụng cao cấp chẳng hạn như đồng hồ nguyên tử di động mà trước đây không thể thực hiện được do kích thước của các nguồn laser cần thiết. Các ứng dụng tiềm năng khác bao gồm thông tin lượng tử, cảm biến sinh học, phạm vi laser dưới nước (LiDAR) và Li-Fi (liên lạc ánh sáng khả kiến).

Các xung ánh sáng khả kiến ​​cực ngắn được thực hiện dễ dàng

“Điều thú vị về công việc này là chúng tôi đã sử dụng sức mạnh của lượng tử ánh sáng tích hợp để phá vỡ mô hình hiện có rằng các tia laser khả kiến ​​hiệu suất cao cần phải được đặt trên bàn và có giá hàng chục nghìn đô la,” Zanarella nói. “Cho đến nay, không thể thu nhỏ và triển khai hàng loạt các công nghệ đòi hỏi các tia laser có thể điều chỉnh được và băng thông hẹp. Một ví dụ đáng chú ý là quang học lượng tử, đòi hỏi các tia laser hiệu suất cao có nhiều màu trong một hệ thống duy nhất. Chúng tôi hy vọng rằng những phát hiện của chúng tôi sẽ cho phép tích hợp đầy đủ các hệ thống ánh sáng khả kiến ​​cho các công nghệ hiện có và công nghệ mới.”

Các nhà nghiên cứu Columbia hiện có ý định biến laser ở quy mô chip của họ thành các đơn vị độc lập có thể dễ dàng triển khai trong các ứng dụng thực tế. Họ cũng đã nộp bằng sáng chế cho công nghệ của họ, mà họ mô tả trong Thiên nhiên Photonics.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/visible-light-lasers-shrink-to-chip-scale/