UC Santa Barbara teadlased on välja töötanud kompaktse ja odava laseriga, mis konkureerib laborisüsteemide jõudlusega. See kasutab rubiidiumi aatomeid ja täiustatud kiibi integreerimise tehnikaid, et võimaldada selliseid rakendusi nagu kvantarvutus, ajaarvestus ja keskkonnaalane tundmine, sealhulgas satelliidipõhine gravitatsiooni kaardistamine.
Laserid on hädavajalikud katsete jaoks, mis nõuavad ülikerge aatomi mõõtmist ja juhtimist, näiteks kahefotooniliste aatomkellade, külma aatomi interferomeetri andureid ja kvantväravaid. Laserite tõhususe võti on nende spektripuhtus, mis on ainult ühe värvi või sageduse valguse emissioon. Tänapäeval tugineb nende rakenduste jaoks vajalik ülimadala müra ja stabiilse valguse saavutamine mahukatele ja kallitele lasersüsteemidele, mis on loodud footonite genereerimiseks ja haldamiseks kitsas spektri vahemikus.
Aga mis siis, kui need aatomirakendused pääsevad labori ja pinkide piiridest? See on UC Santa Barbara inseneriprofessor Daniel Blumenthali labori visioonide juhtimise uurimine, kus tema meeskond töötab nende ülitäpsete laserite jõudluse kordamiseks kergetes, käeshoitavates seadmetes.
"Need väikesed laserid võimaldavad skaleeritavaid laserlahendusi praktiliste kvantsüsteemide jaoks, samuti kaasaskantavate, väljalaskmise ja kosmosepõhiste kvantsensorite laserid," ütles Blumenthali labori lõpetanud teadlane Andrei Isichenko. "See mõjutab selliseid tehnoloogiapiirkondi nagu kvantarvutus, kasutades neutraalseid aatomeid ja lõksusoone, aga ka külma aatomi kvantsensoreid, näiteks aatomkellad ja gravimeetrid."
Ajakirjas Scientific Reports avaldatud artiklis kirjeldavad Blumenthal, Isichenko ja nende meeskond kiibi ulatusega ülimadala liinilaiuse enda süstimise lukustatud {780- nanomeetri laseri arendamist selles suunas. Teadlaste sõnul võib seade, mis on umbes matškasti suurus, edestada praegust kitsajoonelist laiust 780- nm lasereid murdosa tootmiskuludest ja ruumist.
Laseri jaoks valiti rubiidiumi aatomid, kuna neil on tuntud omadused, mis muudavad need ideaalseks mitmesuguste ülitäpsete rakenduste jaoks. Nende D2 optilise ülemineku stabiilsus muudab need ideaalseks aatomikeste jaoks; Aatomite tundlikkus teeb neist ka populaarse valiku andurite ja külma aatomi füüsika jaoks. Läitades laserit läbi aatomiviidena toimivate rubiidiumi aatomite auru, võtab lähedane laser stabiilse aatomi ülemineku omadused.
"Kasutate laseri lõksu saamiseks aatomi üleminekuliini," ütleb paberi vanem autor Blumenthal. "Teisisõnu, lukustades laseri aatomi üleminekujoonele, võtab laser enam -vähem selle aatomi ülemineku omadusi stabiilsuse osas."
Kuid väljamõeldud punane tuli ei anna täppislaserit. Laservalguse ideaalse kvaliteedi saamiseks tuleb "müra" eemaldada. Blumenthal kirjeldab seda kui kahvli häälestavat kitarri nööri. "Kui lööte C -le kahvliga C -ga, võib see olla väga täiuslik C," selgitab ta. "Aga kui lööte kitarrile C -le, võite selles kuulda muid toone." Sarnaselt võib laservalgus sisaldada erinevaid sagedusi (värvid), luues täiendavaid "toone". Ühe sageduse saamiseks (sel juhul puhta sügav punane tuli) kasutab süsteem laservalguse veelgi silumiseks täiendavaid komponente. Teadlaste väljakutse oli kogu see funktsionaalsus ja jõudlus ühele kiibile pakkida.
"Meeskond kasutas kaubanduslikult saadaolevate Fabry-PORT-laserdioodide kombinatsiooni, maailma madalaima languse lainejuhtide (valmistatud Blumenthali labori poolt) ja kõrgeima kvaliteediga tegurite resonaatorid, mis kõik valmistati räni nitriidiplatvormil. Seda tehes olid nad tehes, nad olid seda tehes. Võimalik, et nende testide kohaselt on suutnud mahukate pinktopsüsteemide -- jõudlust, edestas nende seade nii mõnede pink -laserite kui ka varem teatatud integreeritud laseritega, nelja suurusjärgu võrra põhiliste mõõdikute, näiteks sagedusmüra ja liinilaisega.
"Madala liinilaiuse väärtuste olulisus on see, et me suudame saavutada kompaktseid lasereid ilma laseri jõudlust ohverdamata," selgitas Isichenko. "Mõnes mõttes parandatakse jõudlust võrreldes tavapäraste laseritega, kuna saavutatud kiib skaala täieliku integreerimise tõttu. Need liinilaisid aitavad meil paremini suhelda aatomisüsteemiga, kõrvaldades laserimüra panuse ja lahendades seega täielikult aatomsignaalid reageerimine keskkonnale, mida nad tunnevad jne. "
Selle projekti madalad liinilaisid on rekordiliselt madala ala-hertzi põhi- ja alakiloherzi integreeritud liinilaisid, mis näitab lasertehnoloogia stabiilsust ja võimet ületada müra nii välistest kui ka sisemistest allikatest.
Muude tehnoloogia eeliste hulka kuulub COST-IT kasutab 50 dollarit dioodid ja see on valmistatud kulutõhusa ja skaleeritava tootmisprotsessi abil, mis ehitatakse CMOS-iga ühilduvate vahvlite skaala protsesside abil, laenates elektroonilise kiipi tootmise maailmast. Selle tehnoloogia edu tähendab, et neid ülitäpseid, ülitäpseid ja odavaid fotoonilisi integreeritud lasereid saaks kasutada erinevates keskkondades nii laboris kui ka väljaspool, sealhulgas kvantkatsed, aatomiaeg ja nõrgemate signaalide tajumine, nagu muutused gravitatsiooni kiirenduses maa ümber.
"Võiksite need instrumendid satelliitidele panna ja maakera gravitatsiooni kaardistada ja selle ümber teatud täpsusega kaardistada," sõnas Blumenthal. "Võite tunda Maa ümber olevat gravitatsioonivälja, et mõõta merepinna tõusu, merejää muutusi ja maavärinaid." Ta lisas: "See tehnoloogia on kompaktne, vähese energiatarbega ja kerge, muutes selle ideaalseks kosmoses kasutuselevõtmiseks."
