Lasereiden käyttö jokapäiväisessä elämässä on yleistynyt, ja ne voivat olla myös tärkeä työkalu paljaalla silmällä näkymättömien asioiden havainnointiin, analysointiin ja kvantifiointiin luonnossa – tehtäviä, joita valitettavasti aiemmin on rajoitettu. tarve käyttää suuria, kalliita välineitä.
New Yorkin kaupungin yliopiston ja California Institute of Technology -tiimin tutkijaryhmä on kokeellisesti osoittanut uuden tavan valmistaa korkean suorituskyvyn, ultranopeita lasereita nanofotonisille siruille – he ovat osoittaneet maailman ensimmäiset sähköpumpatut tilalukitut laserit, joissa on korkea suorituskyky. huippupulssiteho integroitu ohutkalvo litiumniobaattivalokuvasiruille. Tutkimus julkaistiin hiljattain kansijuttuna Science-lehdessä.
Tutkimus perustuu miniatyrisoituun tilalukitettuun laseriin, joka lähettää ainutlaatuisen laserin, joka lähettää ultralyhyitä koherentteja valopulsseja femtosekuntien välein, sanoi ryhmän johtaja Qiushi Guo.
Ultranopeilla tilalukituilla lasereilla on keskeinen rooli luonnon nopeimpien aikaskaalojen mysteerien selvittämisessä, joihin kuuluu molekyylisidosten muodostumisen ja katkeamisen tutkiminen kemiallisissa reaktioissa sekä valon etenemisen dynamiikan tutkiminen pyörteisissä väliaineissa.
Juuri tilalukittujen lasereiden kehittäminen niiden nopeiden pulssin huippuintensiteettien ja laajan spektrin kattavuuden vuoksi on myös edistänyt useiden fotoniikkateknologioiden kehitystä, mukaan lukien optiset atomikellot, biokuvaus ja valopohjainen tietojen laskenta. tietokoneissa.
Valitettavasti jopa nykyajan huippuluokan tilalukitut laserit ovat edelleen sekä kalliita että kuluttavia, mikä on johtanut siihen, että niiden käyttö on rajoittunut suurelta osin laboratorioympäristöihin.
Edellä mainitun tiimin tavoitteena on mullistaa ultranopean fotoniikan ala muuttamalla suuret laboratoriojärjestelmät sirukokoisiksi järjestelmiksi, joita voidaan valmistaa ja ottaa käyttöön kentällä. He haluavat vain tehdä asioista pienempiä, mutta he haluavat myös varmistaa, että nämä ultranopeat sirun kokoiset laserit tarjoavat tyydyttävän suorituskyvyn. Ne tarvitsevat esimerkiksi riittävän huippupulssin intensiteetin, mieluiten yli 1 watin, rakentaakseen mielekkäitä sirumittakaavaisia järjestelmiä.
Tehokkaiden tilalukittujen lasereiden toteuttaminen ja integrointi sirulle on kuitenkin haastava tehtävä. Tässä tutkimuksessa käytetään ohutkalvolitiumniobaattia (TFLN), joka on innovatiivinen materiaalialusta. Tämän materiaalin avulla on mahdollista ohjata ja muodostaa tehokkaasti laserpulsseja lisäämällä ulkoinen RF-sähkösignaali.
Kokeissaan Guon tiimi yhdisti taitavasti III-V-puolijohteiden korkeat laservahvistusominaisuudet TFLN-nanofotonisten aaltoputkien erittäin tehokkaaseen pulssinmuotoilukykyyn ja esitteli lopulta laserin, jonka huipputeho on jopa 0,5 wattia. .
Pienen kokonsa lisäksi heidän esittelemässään tilalukitussa laserissa on useita jännittäviä uusia ominaisuuksia, jotka voivat olla lupaavia tulevia sovelluksia varten.
Esimerkiksi säätämällä tarkasti laserin pumppuvirtaa Guo tajusi kyvyn hienosäätää ulostulopulssin toistotaajuutta laajalla 200 MHz:n alueella. Esittelylaserin vankan uudelleenkonfiguroitavuuden avulla tiimi toivoo voivansa helpottaa sirutason, taajuudella stabiloituja kampalähteitä, jotka ovat kriittisiä tarkkuusanturisovelluksissa.
Skaalautuvien, integroitujen, ultranopeiden fotonijärjestelmien toteuttaminen kannettaville ja kannettaville laitteille tuo Kuon tiimille lisähaasteita, mutta nykyinen demonstraatio on tärkeä virstanpylväs suurten esteiden voittamisessa.
Tämä saavutus tasoittaa tietä matkapuhelimien käyttämiselle silmäsairauksien diagnosointiin tai E. colin ja vaarallisten virusten analysointiin ruoassa ja ympäristössä. Se voisi myös auttaa luomaan tulevaisuuden sirukokoisia atomikelloja, jotka mahdollistavat navigoinnin, kun GPS on vaurioitunut tai ei ole käytettävissä.
Tutkijat ovat voittaneet suuren esteen tällä uusimmalla esityksellä. Siitä huolimatta tutkijat odottavat innolla voivansa ratkaista lisäesteitä, jotka liittyvät skaalautuvien, integroitujen, ultranopeiden fotonijärjestelmien kehittämiseen, joita voidaan käyttää kannettavissa ja kannettavissa laitteissa.
