Používání laserů v každodenním životě se stalo poměrně běžným a mohou být také důležitým nástrojem pro pozorování, analýzu a kvantifikaci věcí v přírodě, které jsou pouhým okem neviditelné - úkoly, které byly v minulosti bohužel omezeny nutnost používat velké a drahé nástroje.
Tým vědců z City University of New York a tým Kalifornského technologického institutu experimentálně demonstroval nový způsob výroby vysoce výkonných, ultrarychlých laserů na nanofotonických čipech – předvedl první elektricky čerpané lasery s uzamčeným režimem na světě s vysokou špičkový pulzní výkon integrovaný na tenkovrstvých lithiových niobátových fotočipech. Výzkum byl nedávno publikován jako titulní článek v časopise Science.
Výzkum je založen na miniaturizovaném laseru s uzamčeným režimem – který vysílá unikátní laser, který vysílá sled ultrakrátkých koherentních světelných pulzů ve femtosekundových intervalech, řekl vedoucí týmu Qiushi Guo.
Ultrarychlé lasery s uzamčeným režimem hrají ústřední roli při odhalování záhad nejrychlejších časových měřítek přírody, mezi které patří studium tvorby a rozpadu molekulárních vazeb v chemických reakcích a zkoumání dynamiky šíření světla v turbulentních médiích.
Právě vývoj laserů s uzamčeným režimem, díky jejich rychlé špičkové intenzitě pulsů a širokému spektrálnímu pokrytí, také podnítil vývoj různých fotonických technologií, včetně optických atomových hodin, biologického zobrazování a počítání dat na základě světla. v počítačích.
Bohužel i dnešní nejmodernější lasery s uzamčeným režimem jsou stále drahé a energeticky náročné, což vedlo k tomu, že jejich použití je z velké části omezeno na laboratorní prostředí.
Cílem výše uvedeného týmu: je převrat v oblasti ultrarychlé fotoniky přeměnou velkých laboratorních systémů na systémy velikosti čipu, které lze masově vyrábět a nasazovat v terénu. Chtějí pouze věci zmenšit, ale také se chtějí ujistit, že tyto ultrarychlé lasery o velikosti čipu poskytují uspokojivý výkon. Potřebují například dostatečnou špičkovou intenzitu pulzu, nejlépe více než 1 watt, k vybudování smysluplných systémů na bázi čipů.
Avšak realizace a integrace efektivních laserů s uzamčeným režimem na čipu je náročný úkol. Tento výzkum využívá tenkovrstvý lithium niobát (TFLN), inovativní materiálovou platformu. Pomocí tohoto materiálu je možné přesně řídit a efektivně tvořit laserové pulsy přidáním externího RF elektrického signálu.
Ve svých experimentech Guoův tým dovedně zkombinoval charakteristiky vysokého laserového zisku polovodičů III-V s vysoce účinnou schopností tvarování pulsů nanofotonických vlnovodů TFLN, čímž nakonec předvedl laser s výstupním špičkovým výkonem až 0,5 wattu. .
Kromě své kompaktní velikosti má laser s uzamčeným režimem, který předvedli, několik zajímavých nových funkcí, které by mohly být velkým příslibem pro budoucí aplikace.
Například přesným vyladěním proudu pumpy laseru si Guo uvědomil schopnost jemně doladit výstupní frekvenci opakování pulzů v širokém rozsahu 200 MHz. Pomocí robustní rekonfigurovatelnosti demonstračního laseru tým doufá, že usnadní čipové, frekvenčně stabilizované hřebenové zdroje kritické pro aplikace s přesným snímáním.
Zatímco realizace škálovatelných, integrovaných, ultrarychlých fotonických systémů pro přenosná a kapesní zařízení představuje pro Kuoův tým další výzvy, současná demonstrace představuje důležitý milník v překonávání velkých překážek.
Tento úspěch otevírá cestu pro použití mobilních telefonů k diagnostice očních onemocnění nebo analýze E. coli a nebezpečných virů v potravinách a životním prostředí. Mohlo by to také pomoci vytvořit atomové hodiny budoucnosti v měřítku čipů, které umožní navigaci, když je GPS poškozeno nebo není k dispozici.
Vědci touto nejnovější demonstrací překonali velkou překážku. Vědci se však těší na překonání dalších překážek vývoje škálovatelných, integrovaných, ultrarychlých fotonických systémů, které lze použít na přenosných a ručních zařízeních.
