Korištenje lasera u svakodnevnom životu postalo je relativno uobičajeno, a oni također mogu biti važan alat za promatranje, analizu i kvantificiranje stvari u prirodi koje su nevidljive golim okom - zadaće koje su, nažalost, u prošlosti bile ograničene potreba za korištenjem velikih, skupih instrumenata.
Tim znanstvenika s Gradskog sveučilišta u New Yorku i tim Kalifornijskog instituta za tehnologiju eksperimentalno je demonstrirao novi način izrade visokoučinkovitih, ultrabrzih lasera na nanofotonskim čipovima - demonstrirali su prve svjetske električno pumpane lasere s zaključanim načinom rada s visokim vršna pulsna snaga integrirana na foto-čipove od tankog filma litij niobata. Istraživanje je nedavno objavljeno kao naslovnica u časopisu Science.
Istraživanje se temelji na minijaturiziranom laseru s zaključanim modom - koji emitira jedinstveni laser koji emitira niz ultrakratkih koherentnih svjetlosnih impulsa u intervalima od femtosekunde, rekao je voditelj tima Qiushi Guo.
Ultrabrzi laseri zaključanog načina igraju središnju ulogu u razotkrivanju misterija najbržih vremenskih skala u prirodi, što uključuje proučavanje formiranja i kidanja molekularnih veza u kemijskim reakcijama i istraživanje dinamike širenja svjetlosti u turbulentnim medijima.
Upravo je razvoj lasera s zaključanim načinom rada, zbog njihovih brzih vršnih intenziteta pulsa i široke spektralne pokrivenosti, također potaknuo razvoj raznih fotoničkih tehnologija, uključujući optičke atomske satove, bioslike i izračunavanje podataka temeljeno na svjetlosti u računalima.
Nažalost, čak i današnji najsuvremeniji laseri s zaključanim načinom rada i dalje su skupi i troše dovoljno energije, što je dovelo do toga da je njihova upotreba uglavnom ograničena na laboratorijska okruženja.
Cilj gore spomenutog tima: je napraviti revoluciju u području ultrabrze fotonike transformacijom velikih laboratorijskih sustava u sustave veličine čipa koji se mogu masovno proizvoditi i koristiti na terenu. Oni samo žele stvari učiniti manjim, ali također žele osigurati da ovi ultrabrzi laseri veličine čipa pružaju zadovoljavajuće performanse. Na primjer, potreban im je dovoljan vršni intenzitet impulsa, po mogućnosti veći od 1 vata, za izgradnju značajnih sustava veličine čipa.
Međutim, realizacija i integracija učinkovitih lasera zaključanih načina rada na čipu je izazovan zadatak. Ovo istraživanje koristi tankoslojni litij niobat (TFLN), platformu inovativnog materijala. Koristeći ovaj materijal, moguće je precizno kontrolirati i učinkovito formirati laserske impulse dodavanjem vanjskog RF električnog signala.
U svojim je eksperimentima Guov tim vješto kombinirao visoke karakteristike laserskog pojačanja III-V poluvodiča s visoko učinkovitom sposobnošću oblikovanja impulsa TFLN nanofotonskih valovoda, u konačnici demonstrirajući laser s vršnom izlaznom snagom do 0,5 vata .
Osim svoje kompaktne veličine, laser s zaključanim načinom rada koji su demonstrirali ima nekoliko uzbudljivih novih značajki koje bi mogle obećavati za buduće primjene.
Na primjer, preciznim podešavanjem struje pumpe lasera, Guo je shvatio mogućnost finog podešavanja izlazne frekvencije ponavljanja impulsa u širokom rasponu od 200 MHz. Koristeći robusnu mogućnost rekonfiguracije demonstracijskog lasera, tim se nada da će olakšati češljaste izvore veličine čipa, frekvencijski stabilizirane, ključne za aplikacije preciznih senzora.
Dok realizacija skalabilnih, integriranih, ultrabrzih fotonskih sustava za prijenosne i ručne uređaje predstavlja dodatne izazove za Kuov tim, trenutna demonstracija označava važnu prekretnicu u prevladavanju velikih prepreka.
Ovo postignuće utire put korištenju mobitela za dijagnosticiranje očnih bolesti ili analizu E. coli i opasnih virusa u hrani i okolišu. Također bi mogao pomoći u stvaranju atomskih satova budućnosti na razini čipa, omogućujući navigaciju kada je GPS oštećen ili nedostupan.
Znanstvenici su ovom posljednjom demonstracijom prevladali veliku prepreku. Unatoč tome, znanstvenici jedva čekaju uhvatiti se u koštac s dodatnim preprekama razvoja skalabilnih, integriranih, ultrabrzih fotonskih sustava koji se mogu koristiti na prijenosnim i ručnim uređajima.
