Laserite kasutamine igapäevaelus on muutunud suhteliselt tavaliseks ning need võivad olla oluliseks vahendiks ka looduses palja silmaga nähtamatute asjade vaatlemisel, analüüsimisel ja kvantifitseerimisel – ülesanded, mida on kahjuks varem piiranud. vajadus kasutada suuri ja kalleid instrumente.
New Yorgi linnaülikooli ja California tehnoloogiainstituudi teadlaste meeskond on eksperimentaalselt demonstreerinud uut viisi suure jõudlusega ülikiirete laserite valmistamiseks nanofotoonilistel kiipidel – nad on demonstreerinud maailma esimesi elektriliselt pumbatavaid režiimilukuga lasereid. tippimpulsi võimsus on integreeritud õhukese kilega liitiumniobaatfotokiipidele. Uuring avaldati hiljuti ajakirjas Science kaaneloona.
Uurimistöö põhineb miniatuursel režiimilukuga laseril, mis kiirgab ainulaadset laserit, mis kiirgab femtosekundiliste intervallidega ülilühikesi koherentseid valgusimpulsse, ütles meeskonna juht Qiushi Guo.
Ülikiire režiimiga lukustatud laserid mängivad keskset rolli looduse kiireimate ajaskaalade saladuste lahtiharutamisel, mis hõlmavad molekulaarsete sidemete moodustumise ja katkemise uurimist keemilistes reaktsioonides ning valguse levimise dünaamika uurimist turbulentses keskkonnas.
Just režiimilukuga laserite väljatöötamine nende kiirete impulsside tippintensiivsuse ja laia spektri katvuse tõttu on samuti soodustanud mitmesuguste fotoonikatehnoloogiate, sealhulgas optiliste aatomkellade, biokujutise ja valguspõhise andmearvutuse arengut. arvutites.
Kahjuks on isegi tänapäeva tipptasemel režiimilukuga laserid endiselt nii kallid kui ka energianäljased, mistõttu on nende kasutamine suuresti piiratud laborikeskkondadega.
Eelnimetatud meeskonna eesmärk on muuta ülikiire fotoonika valdkond revolutsiooniliseks, muutes suured laborisüsteemid kiibisuurusteks süsteemideks, mida saab masstootma ja kohapeal kasutusele võtta. Nad tahavad ainult asju väiksemaks muuta, kuid tahavad ka tagada, et need ülikiired kiibisuurused laserid tagaksid rahuldava jõudluse. Näiteks vajavad nad piisavat tippimpulsi intensiivsust, eelistatavalt rohkem kui 1 vatti, et luua mõttekaid kiibipõhiseid süsteeme.
Tõhusate režiimilukuga laserite realiseerimine ja integreerimine kiibile on aga keeruline ülesanne. Selles uuringus kasutatakse õhukese kilega liitiumniobaati (TFLN), uuenduslikku materjaliplatvormi. Seda materjali kasutades on võimalik laserimpulsse täpselt juhtida ja tõhusalt moodustada, lisades välise RF elektrisignaali.
Guo meeskond ühendas oma katsetes osavalt III-V pooljuhtide suure laservõimenduse omadused TFLN nanofotooniliste lainejuhtide ülitõhusa impulsi kujundamise võimega, näidates lõpuks laserit, mille väljundvõimsus on kuni 0,5 vatti. .
Lisaks kompaktsele suurusele on nende demonstreeritud režiimilukuga laseril mitmeid põnevaid uusi funktsioone, mis võivad tulevaste rakenduste jaoks palju lubada.
Näiteks laseri pumba voolu täpse häälestamise abil saavutas Guo võimaluse peenhäälestada väljundimpulsi kordussagedust laias vahemikus 200 MHz. Kasutades demonstratsioonilaseri tugevat ümberkonfigureeritavust, loodab meeskond hõlbustada täppistuvastusrakenduste jaoks kriitilise tähtsusega kiibi skaala sagedusega stabiliseeritud kammallikaid.
Kuigi skaleeritavate, integreeritud ja ülikiirete fotooniliste süsteemide realiseerimine kaasaskantavatele ja pihuarvutitele esitab Kuo meeskonnale täiendavaid väljakutseid, tähistab praegune demonstratsioon olulist verstaposti suurte takistuste ületamisel.
See saavutus sillutab teed mobiiltelefonide kasutamisele silmahaiguste diagnoosimiseks või E. coli ja ohtlike viiruste analüüsimiseks toidus ja keskkonnas. Samuti võib see aidata luua tuleviku kiibiga aatomkellasid, võimaldades navigeerida, kui GPS on kahjustatud või pole saadaval.
Teadlased on selle viimase demonstratsiooniga ületanud suure takistuse. Sellegipoolest ootavad teadlased kaasaskantavates ja käeshoitavates seadmetes kasutatavate skaleeritavate integreeritud ülikiirete fotoonsüsteemide väljatöötamise lisatõketega tegelemist.
