Uporaba laserjev v vsakdanjem življenju je postala razmeroma pogosta, lahko pa so tudi pomembno orodje za opazovanje, analiziranje in kvantificiranje stvari v naravi, ki so s prostim očesom nevidne – naloge, ki so bile v preteklosti žal omejene z potrebo po uporabi velikih, dragih instrumentov.
Skupina znanstvenikov z mestne univerze v New Yorku in ekipa kalifornijskega tehnološkega inštituta je eksperimentalno prikazala nov način za izdelavo visoko zmogljivih, ultrahitrih laserjev na nanofotonskih čipih - prikazali so prve na svetu električno črpane laserje z zaklenjenim načinom in visoko najvišja impulzna moč, integrirana na tankoplastnih fotočipih iz litijevega niobata. Raziskava je bila nedavno objavljena kot zgodba na naslovnici v reviji Science.
Raziskava temelji na miniaturnem laserju z zaklenjenim načinom, ki oddaja edinstven laser, ki oddaja niz ultrakratkih koherentnih svetlobnih impulzov v intervalih femtosekund, je povedal vodja ekipe Qiushi Guo.
Ultrahitri laserji z zaklenjenim načinom igrajo osrednjo vlogo pri razkrivanju skrivnosti najhitrejših časovnih lestvic v naravi, ki vključujejo preučevanje nastajanja in lomljenja molekularnih vezi v kemijskih reakcijah ter raziskovanje dinamike širjenja svetlobe v turbulentnih medijih.
Prav razvoj laserjev z zaklenjenim načinom je zaradi njihove hitre najvišje intenzivnosti impulza in široke spektralne pokritosti spodbudil tudi razvoj različnih fotonskih tehnologij, vključno z optičnimi atomskimi urami, biološkim slikanjem in izračunom podatkov na podlagi svetlobe. v računalnikih.
Na žalost so tudi današnji najsodobnejši laserji z zaklenjenim načinom še vedno dragi in požrešni, zaradi česar je njihova uporaba v veliki meri omejena na laboratorijska okolja.
Cilj zgoraj omenjene ekipe: je revolucionirati področje ultrahitre fotonike s preoblikovanjem velikih laboratorijskih sistemov v sisteme velikosti čipov, ki jih je mogoče množično proizvajati in uporabljati na terenu. Želijo samo pomanjšati stvari, hkrati pa želijo zagotoviti, da ti ultrahitri laserji v velikosti čipa zagotavljajo zadovoljivo delovanje. Na primer, potrebujejo zadostno najvišjo intenzivnost impulza, po možnosti več kot 1 vat, za izgradnjo smiselnih sistemov v velikosti čipov.
Vendar je uresničitev in integracija učinkovitih načinov zaklenjenih laserjev na čipu zahtevna naloga. Ta raziskava uporablja tankoslojni litijev niobat (TFLN), inovativno materialno platformo. Z uporabo tega materiala je mogoče natančno nadzorovati in učinkovito oblikovati laserske impulze z dodajanjem zunanjega RF električnega signala.
V svojih poskusih je Guova ekipa spretno združila značilnosti visokega laserskega ojačanja polprevodnikov III-V z visoko učinkovito zmožnostjo oblikovanja impulza nanofotonskih valovodov TFLN in na koncu prikazala laser z največjo izhodno močjo do 0,5 vatov .
Poleg svoje kompaktne velikosti ima laser z zaklenjenim načinom delovanja, ki so ga prikazali, več razburljivih novih funkcij, ki bi lahko veliko obetale za prihodnje aplikacije.
Na primer, z natančnim uravnavanjem toka črpalke laserja je Guo spoznal sposobnost natančnega uravnavanja frekvence ponavljanja izhodnega impulza v širokem območju 200 MHz. Z uporabo robustne rekonfigurabilnosti demonstracijskega laserja ekipa upa, da bo omogočila vire glavnikov s frekvenco stabiliziranih čipov, ki so kritični za aplikacije natančnega zaznavanja.
Medtem ko uresničevanje razširljivih, integriranih, ultrahitrih fotonskih sistemov za prenosne in ročne naprave predstavlja dodatne izzive za Kuovo ekipo, trenutna predstavitev označuje pomemben mejnik pri premagovanju velikih ovir.
Ta dosežek utira pot uporabi mobilnih telefonov za diagnosticiranje očesnih bolezni ali analizo E. coli in nevarnih virusov v hrani in okolju. Prav tako bi lahko pomagal ustvariti atomske ure v velikosti čipa prihodnosti, ki bi omogočale navigacijo, ko je GPS poškodovan ali nedosegljiv.
Znanstveniki so s to zadnjo demonstracijo premagali veliko oviro. Kljub temu se znanstveniki veselijo spoprijemanja z dodatnimi ovirami pri razvoju razširljivih, integriranih, ultrahitrih fotonskih sistemov, ki se lahko uporabljajo na prenosnih in ročnih napravah.
