Употреба ласера у свакодневном животу постала је релативно уобичајена, а они такође могу бити важно средство за посматрање, анализу и квантификовање ствари у природи које су невидљиве голим оком – задаци који су, нажалост, у прошлости били ограничени потреба за коришћењем великих, скупих инструмената.
Тим научника са Градског универзитета у Њујорку и тима Калифорнијског института за технологију експериментално су демонстрирали нови начин производње ултрабрзих ласера високих перформанси на нанофотонским чиповима – демонстрирали су прве на свету ласере са закључавањем мода са електричном пумпом са високим вршна импулсна снага интегрисана на фото-чиповима од танког филма литијум ниобата. Истраживање је недавно објављено као насловна прича у часопису Сциенце.
Истраживање се заснива на минијатуризованом ласеру са закључавањем мода - који емитује јединствени ласер који емитује низ ултракратких кохерентних светлосних импулса у фемтосекундним интервалима, рекао је вођа тима Ћиуши Гуо.
Ултрабрзи ласери са закључавањем мода играју централну улогу у откривању мистерија најбржих временских скала природе, које укључују проучавање формирања и прекида молекуларних веза у хемијским реакцијама и истраживање динамике ширења светлости у турбулентним медијима.
Управо је развој ласера са закључавањем мода, због њиховог брзог пулсног вршног интензитета и широке спектралне покривености, такође подстакао развој различитих фотоничких технологија, укључујући оптичке атомске сатове, био-имагинг и прорачун података заснован на светлости. у компјутерима.
Нажалост, чак и данашњи најсавременији ласери са закључавањем мода су и даље скупи и захтевни за енергијом, што је довело до тога да је њихова употреба у великој мери ограничена на лабораторијска окружења.
Циљ горе поменутог тима: је да револуционише област ултрабрзе фотонике трансформацијом великих лабораторијских система у системе величине чипа који се могу масовно производити и користити на терену. Они само желе да умање ствари, али такође желе да буду сигурни да ови ултрабрзи ласери величине чипа пружају задовољавајуће перформансе. На пример, потребан им је довољан вршни интензитет импулса, пожељно већи од 1 вата, да би изградили смислене системе на нивоу чипа.
Међутим, реализација и интеграција ефикасних ласера са закључавањем мода на чипу је изазован задатак. Ово истраживање користи танкослојни литијум ниобат (ТФЛН), иновативну платформу материјала. Користећи овај материјал, могуће је прецизно контролисати и ефикасно формирати ласерске импулсе додавањем екстерног РФ електричног сигнала.
У својим експериментима, Гуов тим је вешто комбиновао карактеристике високог ласерског појачања полупроводника ИИИ-В са високо ефикасним способношћу обликовања импулса ТФЛН нанофотонских таласовода, на крају демонстрирајући ласер са излазном вршном снагом до 0.5 вати .
Поред своје компактне величине, ласер са закључавањем мода који су демонстрирали има неколико узбудљивих нових карактеристика које би могле да обећавају за будуће примене.
На пример, прецизним подешавањем струје ласерске пумпе, Гуо је схватио могућност финог подешавања фреквенције понављања излазног импулса у широком опсегу од 200 МХз. Користећи робусну реконфигурацију демонстрационог ласера, тим се нада да ће олакшати изворе чешљака са скалом чипа, стабилизоване фреквенцијом, критичне за апликације прецизног сензора.
Иако реализација скалабилних, интегрисаних, ултрабрзих фотонских система за преносиве и ручне уређаје представља додатне изазове за Куов тим, тренутна демонстрација означава важну прекретницу у превазилажењу великих препрека.
Ово достигнуће отвара пут за коришћење мобилних телефона за дијагностиковање очних болести или анализу Е. цоли и опасних вируса у храни и животној средини. Такође би могло да помогне у стварању атомских сатова будућности на нивоу чипа, омогућавајући навигацију када је ГПС оштећен или недоступан.
Научници су превазишли велику препреку овом најновијом демонстрацијом. Без обзира на то, научници се радују решавању додатних препрека развоја скалабилних, интегрисаних, ултрабрзих фотонских система који се могу користити на преносивим и ручним уређајима.
