Používanie laserov v každodennom živote sa stalo pomerne bežným javom a môžu byť tiež dôležitým nástrojom na pozorovanie, analýzu a kvantifikáciu vecí v prírode, ktoré sú voľným okom neviditeľné – úlohy, ktoré boli, žiaľ, v minulosti obmedzené. potreba používať veľké a drahé nástroje.
Tím vedcov z City University of New York a tím Kalifornského technologického inštitútu experimentálne demonštroval nový spôsob výroby vysokovýkonných, ultrarýchlych laserov na nanofotonických čipoch – predviedli prvé elektricky pumpované lasery s uzamknutým režimom na svete s vysokou špičkový pulzný výkon integrovaný na tenkovrstvových lítium-niobátových fotočipoch. Výskum bol nedávno publikovaný ako titulný príbeh v časopise Science.
Výskum je založený na miniaturizovanom laseri s uzamknutým režimom, ktorý vyžaruje jedinečný laser, ktorý vysiela sled ultrakrátkych koherentných svetelných impulzov vo femtosekundových intervaloch, povedal vedúci tímu Qiushi Guo.
Ultrarýchle lasery s uzamknutým režimom zohrávajú ústrednú úlohu pri odhaľovaní tajomstiev najrýchlejších časových mier prírody, ktoré zahŕňajú štúdium tvorby a rozpadu molekulárnych väzieb v chemických reakciách a skúmanie dynamiky šírenia svetla v turbulentných médiách.
Je to vývoj laserov s uzamknutým režimom, vďaka ich špičkovým intenzitám rýchlych impulzov a širokému spektrálnemu pokrytiu, čo tiež podporilo vývoj rôznych fotonických technológií vrátane optických atómových hodín, biologického zobrazovania a výpočtu údajov na základe svetla. v počítačoch.
Bohužiaľ, aj dnešné najmodernejšie lasery s uzamknutým režimom sú stále drahé a náročné na energiu, čo viedlo k tomu, že ich použitie je do značnej miery obmedzené na laboratórne prostredie.
Cieľom vyššie uvedeného tímu je revolúcia v oblasti ultrarýchlej fotoniky premenou veľkých laboratórnych systémov na systémy veľkosti čipu, ktoré možno hromadne vyrábať a nasadzovať v teréne. Chcú len veci zmenšiť, ale chcú sa tiež uistiť, že tieto ultrarýchle lasery s veľkosťou čipu poskytujú uspokojivý výkon. Napríklad potrebujú dostatočnú špičkovú intenzitu impulzu, najlepšie viac ako 1 watt, na vybudovanie zmysluplných čipových systémov.
Realizácia a integrácia efektívnych laserov s uzamknutým režimom na čipe je však náročná úloha. Tento výskum využíva tenkovrstvový niobát lítny (TFLN), inovatívnu materiálovú platformu. Pomocou tohto materiálu je možné presne riadiť a efektívne vytvárať laserové impulzy pridaním externého RF elektrického signálu.
Vo svojich experimentoch Guoov tím šikovne skombinoval charakteristiky vysokého laserového zisku polovodičov III-V s vysoko účinnou schopnosťou tvarovania impulzov nanofotonických vlnovodov TFLN, čím nakoniec demonštroval laser s výstupným špičkovým výkonom až 0,5 wattu .
Okrem svojej kompaktnej veľkosti má laser s uzamknutým režimom, ktorý demonštrovali, niekoľko zaujímavých nových funkcií, ktoré by mohli byť veľkým prísľubom pre budúce aplikácie.
Napríklad presným vyladením prúdu pumpy lasera si Guo uvedomil schopnosť jemne doladiť frekvenciu opakovania výstupných impulzov v širokom rozsahu 200 MHz. Pomocou robustnej rekonfigurovateľnosti demonštračného lasera tím dúfa, že uľahčí zdroje hrebeňa s čipovou stupnicou, frekvenčne stabilizované hrebeňové zdroje, ktoré sú dôležité pre aplikácie presného snímania.
Zatiaľ čo realizácia škálovateľných, integrovaných, ultrarýchlych fotonických systémov pre prenosné a vreckové zariadenia predstavuje pre Kuov tím ďalšie výzvy, súčasná demonštrácia predstavuje dôležitý míľnik pri prekonávaní veľkých prekážok.
Tento úspech otvára cestu pre používanie mobilných telefónov na diagnostiku očných chorôb alebo analýzu E. coli a nebezpečných vírusov v potravinách a životnom prostredí. Mohlo by to tiež pomôcť vytvoriť atómové hodiny budúcnosti v čipovej veľkosti, ktoré umožnia navigáciu, keď je GPS poškodené alebo nedostupné.
Vedci s touto najnovšou demonštráciou prekonali veľkú prekážku. Vedci sa však tešia na riešenie ďalších prekážok vývoja škálovateľných, integrovaných, ultrarýchlych fotonických systémov, ktoré možno použiť na prenosných a vreckových zariadeniach.
