Истраживачи УЦ Санта Барбара развили су компактни, нискобуџетни ласерски који ривали у перформансама система лабораторија. Користи рубидиум атоме и напредне технике интеграције чипова како би се омогућиле апликације као што су квантно рачунање, временски рачунар и осећај животне средине, укључујући мапирање гравитације са сателитским материјалом.
Ласери су неопходни за експерименте који захтевају ултра прецизан атомско мерење и контролу, као што су двоч фотонски атомски сатови, хладни сензори интерферометра и квантних капија. Кључ за ефикасност ласера је њихова спектрална чистоћа, која је емисија светлости само једне боје или фреквенције. Данас постизање ултра-ниске буке, стабилно светло потребно за ове апликације ослања се на гломазне и скупе бенцхтоп ласерске системе дизајниране за генерисање и управљање фотонама у оквиру уског спектралног распона.
Али шта ако ове атомске апликације могу да избегну границе лабораторија и клупе? Ово је визија вожња истраживања у лабораторији Данијела Блументхала, професора инжењерства у УЦ Санта Барбари, где његов тим ради на поновном покретању перформанси ових високо прецизних ласера у лаганим, ручни уређаји.
"Ови мали ласери ће омогућити скалабилна ласерска решења за практичне квантне системе, као и ласери за преносне, теренско-распоређене квантне сензоре на терену и просторним и простором," рекао је Андреи Исицхенко, дипломирани истраживач у Блументалхаловој лабораторији. "Ово ће имати импликације на технолошке области као што су квантно рачунање користећи неутралне атоме и заробљене јоне, као и квантне сензоре хладног атома као што су атомски сатови и гравиметри."
У раду објављеном у часопису Научни извештаји, Блументхал, Исицхенко и њихов тим описују развој ултра-ниско-ниско-ниско-ниско-убризгавања линије - закључано 780- нанометар ласера у овом правцу. Истраживачи кажу да је уређај, који се односи на величину кутије са шибицама, може надмашити тренутну уску линију 780- нм ласерима на делићу производње трошкова и простора.
Рубидиум атоми су изабрани за ласер јер имају добро познате својства која их чине идеалним за разне прецизне апликације. Стабилност њихове оптичке транзиције Д2 чини их идеалним за атомски сатови; Осјетљивост атома такође их чини популарним избором за сензоре и физику хладно-атом. Проласком ласера кроз пару атома рубидијума који служе као атомска референца, ласер у близини инфрацрвеног инфрацрвеног инфрацрвеног инфрацрвеног инфрацрвеног инфрацрвености преноси својства стабилне атомске транзиције.
"Користите атомску транзицијску линију за хватање ласера", каже Блументхал, виши аутор рада. "Другим речима, закључавањем ласера на атомску транзицијску линију, ласер мање или више преузима својства тог атомске транзиције у погледу стабилности."
Али фанци Црвено светло не прави прецизни ласерски. Да бисте добили идеалан квалитет ласерског светла, "бука" мора бити уклоњена. Блументхал то описује као прибор за подешавање насупрот гитари. "Ако погодите Ц са вилицом за подешавање, то би могло бити врло савршено Ц", објашњава он. "Али ако погодите на гитару, можете чути друге тонове у њему." Слично томе, ласерска светлост може садржати различите фреквенције (боје), стварајући додатне "тонове". Да бисте произвели потребну јединствену фреквенцију (у овом случају, чисто дубоко црвено светло), систем користи додатне компоненте за даље изглађивање ласерског светла. Изазов за истраживаче био је спаковати све ове функције и перформансе на један чип.
"Тим је користио комбинацију комерцијално доступних ласерских диода Фабри-Перот, најнижих таласа на свету (направио Блументхал'с Лаб), и најквалитетније факторске резонатора, све је измишљено на платформи силицијума нитрида. При томе су били Може да понови перформансе гломазних бенцхтоп система -- према њиховим тестовима, њихов уређај је надмашио неке бенцхтоп ласере, као и претходно пријављене интегрисане ласере, четири наређења величине у кључним метрима попут фреквенцијског буке.
"Значај вредности ниских линија је да постигнемо компактне ласере без жртвовања ласерских перформанси", објаснио је Исицхенко. "In some ways, performance is improved compared to conventional lasers because of the full chip-scale integration that has been achieved. These linewidths help us better interact with the atomic system, eliminating the contribution of laser noise and thus fully resolving the atomic signals in одговор на животну средину итд. "
Ниски линевидтови, за овај пројекат, су основни и под-килохертски интегрисани листвидтхс, показујући стабилност и способност ласерске технологије да превазиђу буку из спољних и унутрашњих извора.
Остале предности технологије укључују трошкове - користи 50 диоде од 50 долара и произведено је коришћењем економичног и скалабилног производног процеса који је саграђен коришћењем процеса компатибилних вафера компатибилних са ЦМОС-ом, позајмљивањем из света производње чипа. Успех ове технологије значи да би се ови високих перформанси, висока прецизност, нискобуџетни фотонски интегрисани ласери могли да буду распоређени у разним подешавањима и изван лабораторија, укључујући квантне експерименте, атомско време и осећају најслабије сигнале, као што су промене у гравитационом убрзању око Земље.
"Могли бисте ставити ове инструменте на сателити и мапу гравитацију у и око Земље са неком тачношћу", рекао је Блументхал. "Можете осјетити гравитационо поље око Земље да мери пораст нивоа мора, промене у морском леду и земљотресима." Он је додао: "Ова технологија је компактна, ниска моћ и лагана, чинећи га идеалним за размештање у свемиру."
