Zinātnieki pirmo reizi integrē augstas veiktspējas lāzera režīma skapīti nanofotoniskajā mikroshēmā

Lāzeru izmantošana ikdienā ir kļuvusi samērā izplatīta, un tas var būt arī nozīmīgs instruments, lai novērotu, analizētu un kvantitatīvi noteiktu lietas, kas dabā ir neredzamas ar neapbruņotu aci – uzdevumus, kas diemžēl pagātnē ir bijuši ierobežoti. nepieciešamība izmantot lielus, dārgus instrumentus.
Zinātnieku komanda no Ņujorkas pilsētas universitātes un Kalifornijas Tehnoloģiju institūta komandas ir eksperimentāli demonstrējusi jaunu veidu, kā izgatavot augstas veiktspējas, īpaši ātrus lāzerus uz nanofotoniskām mikroshēmām – viņi ir demonstrējuši pasaulē pirmos elektriski sūknējamos, režīmā bloķētus lāzerus ar augstu jaudu. maksimālā impulsa jauda, ​​kas integrēta plānās plēves litija niobāta foto mikroshēmās. Pētījums nesen tika publicēts kā vāka stāsts žurnālā Science.
Pētījuma pamatā ir miniatūrizēti lāzeri, kas bloķēti ar režīmu, kas izstaro unikālu lāzeru, kas femtosekundes intervālos izstaro īpaši īsus koherentas gaismas impulsus, norāda komandas vadītājs Qiushi Guo.
Īpaši ātrā režīma bloķētajiem lāzeriem ir galvenā loma dabas ātrāko laika skalu noslēpumu atklāšanā, kas ietver molekulāro saišu veidošanās un pārraušanas izpēti ķīmiskās reakcijās un gaismas izplatīšanās dinamikas izpēti turbulentā vidē.
Tieši ar režīmu bloķētu lāzeru izstrāde to ātrās impulsa maksimālās intensitātes un plašā spektra pārklājuma dēļ ir veicinājusi arī dažādu fotonikas tehnoloģiju attīstību, tostarp optiskos atompulksteņus, bioloģisko attēlveidošanu un uz gaismu balstītu datu aprēķinu. datoros.
Diemžēl pat mūsdienu jaunākie lāzeri ar režīmu bloķēšanu joprojām ir gan dārgi, gan patērē enerģiju, kā rezultātā tos izmanto tikai laboratorijas vidē.
Iepriekš minētās komandas mērķis: revolucionizēt ultraātrās fotonikas jomu, pārveidojot lielas laboratorijas sistēmas mikroshēmas izmēra sistēmās, kuras var masveidā ražot un izmantot šajā jomā. Viņi vēlas tikai padarīt lietas mazākas, taču viņi vēlas arī pārliecināties, ka šie īpaši ātrie mikroshēmas izmēra lāzeri nodrošina apmierinošu veiktspēju. Piemēram, tiem ir nepieciešama pietiekama maksimālā impulsa intensitāte, vēlams vairāk nekā 1 vats, lai izveidotu nozīmīgas mikroshēmu mēroga sistēmas.
Tomēr efektīvu režīmā bloķētu lāzeru realizācija un integrēšana mikroshēmā ir sarežģīts uzdevums. Šajā pētījumā tiek izmantots plānslāņa litija niobāts (TFLN), novatoriska materiālu platforma. Izmantojot šo materiālu, ir iespējams precīzi kontrolēt un efektīvi veidot lāzera impulsus, pievienojot ārēju RF elektrisko signālu.
Savos eksperimentos Guo komanda prasmīgi apvienoja III-V pusvadītāju augstās lāzera pastiprināšanas īpašības ar TFLN nanofotonisko viļņvadu ļoti efektīvajām impulsu veidošanas iespējām, galu galā demonstrējot lāzeru ar maksimālo izejas jaudu līdz 0,5 vatiem. .
Papildus kompaktajam izmēram viņu demonstrētajam lāzera režīma bloķētajam lāzeram ir vairākas aizraujošas jaunas funkcijas, kas var dot lielu solījumu turpmākajām lietojumprogrammām.
Piemēram, precīzi noregulējot lāzera sūkņa strāvu, Guo saprata iespēju precīzi noregulēt izejas impulsa atkārtošanās frekvenci plašā 200 MHz diapazonā. Izmantojot demonstrācijas lāzera spēcīgo pārkonfigurējamību, komanda cer atvieglot mikroshēmas mēroga, frekvences stabilizētu ķemmes avotus, kas ir būtiski precīzas noteikšanas lietojumiem.
Lai gan mērogojamu, integrētu, īpaši ātru fotonisko sistēmu ieviešana pārnēsājamām un rokas ierīcēm rada papildu izaicinājumus Kuo komandai, pašreizējā demonstrācija iezīmē svarīgu pavērsienu lielu šķēršļu pārvarēšanā.
Šis sasniegums paver ceļu mobilo tālruņu izmantošanai, lai diagnosticētu acu slimības vai analizētu E. coli un bīstamos vīrusus pārtikā un vidē. Tas varētu arī palīdzēt izveidot nākotnes mikroshēmas mēroga atompulksteņus, ļaujot veikt navigāciju, ja GPS ir bojāts vai nav pieejams.
Ar šo jaunāko demonstrāciju zinātnieki ir pārvarējuši lielu šķērsli. Neskatoties uz to, zinātnieki tagad ar nepacietību gaida iespēju risināt papildu šķēršļus, kas rodas, izstrādājot mērogojamas, integrētas, īpaši ātras fotoniskās sistēmas, kuras var izmantot pārnēsājamās un rokas ierīcēs.