Mokslininkai pirmą kartą integravo didelio našumo lazerinio režimo laikiklį į nanofotoninį lustą

Lazerių naudojimas kasdieniame gyvenime tapo gana įprastas, be to, tai gali būti svarbi priemonė stebint, analizuojant ir kiekybiškai įvertinant gamtoje plika akimi nematomus dalykus – užduotis, kurias, deja, praeityje ribojo. poreikis naudoti didelius, brangius instrumentus.
Mokslininkų komanda iš Niujorko miesto universiteto ir Kalifornijos technologijos instituto komandos eksperimentiškai pademonstravo naują būdą, kaip gaminti didelio našumo, itin greitus lazerius ant nanofotoninių lustų – jie pademonstravo pirmuosius pasaulyje elektriniu būdu pumpuojamus ir fiksuotus lazerius su dideliu didžiausia impulsų galia, integruota į plonos plėvelės ličio niobato fotolustus. Tyrimas neseniai buvo paskelbtas žurnale „Science“ kaip viršelio istorija.
Pasak komandos vadovo Qiushi Guo, tyrimas pagrįstas miniatiūriniais lazeriais su režimu, kuris skleidžia unikalų lazerį, kuris femtosekundžių intervalais skleidžia itin trumpus koherentinės šviesos impulsus.
Itin greito režimo užrakinti lazeriai atlieka pagrindinį vaidmenį atskleidžiant greičiausių gamtos laiko skalių paslaptis, įskaitant molekulinių ryšių susidarymo ir trūkimo cheminėse reakcijose tyrimą ir šviesos sklidimo turbulentinėse terpėse dinamikos tyrimą.
Dėl greito impulsų smailių intensyvumo ir plačios spektrinės aprėpties lazerių su režimu kūrimas taip pat paskatino įvairių fotonikos technologijų, įskaitant optinius atominius laikrodžius, biologinį vaizdavimą ir šviesos duomenų skaičiavimą. kompiuteriuose.
Deja, net ir šiandieniniai moderniausi lazeriai su režimu užrakinti vis dar yra brangūs ir reikalauja daug energijos, todėl jų naudojimas daugiausia apsiriboja laboratorinėmis sąlygomis.
Minėtos komandos tikslas: padaryti revoliuciją itin greitos fotonikos srityje, paverčiant dideles laboratorines sistemas į lusto dydžio sistemas, kurios gali būti masiškai gaminamos ir naudojamos šioje srityje. Jie nori tik sumažinti daiktus, bet taip pat nori užtikrinti, kad šie itin greiti lusto dydžio lazeriai veiktų patenkinamai. Pavyzdžiui, jiems reikia pakankamo didžiausio impulso intensyvumo, pageidautina daugiau nei 1 vato, kad būtų sukurtos prasmingos lusto masto sistemos.
Tačiau efektyvių režimu užblokuotų lazerių realizavimas ir integravimas į lustą yra sudėtinga užduotis. Šiame tyrime naudojamas plonasluoksnis ličio niobatas (TFLN), novatoriška medžiagų platforma. Naudojant šią medžiagą galima tiksliai valdyti ir efektyviai formuoti lazerio impulsus, pridedant išorinį RF elektrinį signalą.
Atlikdama eksperimentus, Guo komanda sumaniai sujungė III-V puslaidininkių didelio lazerio stiprinimo savybes su itin efektyviomis TFLN nanofotoninių bangolaidžių impulsų formavimo galimybėmis, galiausiai pademonstruodama lazerį, kurio didžiausia išėjimo galia siekia iki 0,5 vatų. .
Be savo kompaktiško dydžio, jų demonstruotas režimu užrakintas lazeris turi daugybę naujų įdomių funkcijų, kurios gali būti daug žadančios būsimoms programoms.
Pavyzdžiui, tiksliai sureguliuodamas lazerio siurblio srovę, Guo suprato galimybę tiksliai sureguliuoti išėjimo impulsų pasikartojimo dažnį plačiame 200 MHz diapazone. Naudodama demonstracinio lazerio tvirtą perkonfigūravimo galimybę, komanda tikisi palengvinti lusto masto, dažnio stabilizuotus šukų šaltinius, kurie yra labai svarbūs tiksliam jutimo programoms.
Nors keičiamos, integruotos, ypač greitos fotoninės sistemos, skirtos nešiojamiesiems ir delniniams įrenginiams, Kuo komandai kyla papildomų iššūkių, dabartinė demonstracija yra svarbus etapas įveikiant pagrindines kliūtis.
Šis pasiekimas atveria kelią mobiliųjų telefonų naudojimui diagnozuoti akių ligas arba analizuoti E. coli ir pavojingus virusus maiste ir aplinkoje. Tai taip pat galėtų padėti sukurti lusto masto atominius laikrodžius ateityje, įgalinančius navigaciją, kai GPS yra sugadintas arba nepasiekiamas.
Su šia naujausia demonstracija mokslininkai įveikė didelę kliūtį. Nepaisant to, mokslininkai dabar tikisi įveikti papildomas kliūtis kuriant keičiamo dydžio, integruotas, ypač greitas fotonines sistemas, kurios gali būti naudojamos nešiojamuose ir delniniuose įrenginiuose.