Nedavno je istraživački tim na Sveučilištu Stanford u Sjedinjenim Državama uspješno završio doktorsku disertaciju: Titanium: Sapphire-on-Insulator Photonics za lasere i pojačala na čipu. Rezultati su uveli novi postupak: Titanium: Sapphire Photonics, koji može postići lasersko i lasersko pojačanje s laserom niskog praga, pružajući nove mogućnosti za razvoj računarstva visokog prozora, komunikacije s podacima i optičkih senzora u budućnosti.
Istraživačka pozadina
Razvoj laserske tehnologije igrao je vitalnu ulogu u znanstvenim istraživanjima i industrijskim primjenama. Konkretno, titanijski safir (Titanium: Sapphire, Ti: Sapphire) laseri se široko koriste u optičkim frekvencijskim češljevima, dvofotonskom mikroskopiji i kvantnim optičkim eksperimentima zbog ultra širokog raspona i prilagodljivog raspona. Međutim, zbog velike veličine, visokih troškova i potrebe za izvorima svjetla pumpe velike snage, primjena tradicionalnih lasera titana safira uvelike je ograničena.
Od radne površine do čipa: Tehnološki skok lasera titana safira
Titanium safirski laseri dugo su zauzeli osnovnu poziciju u znanstvenim istraživanjima zbog izvrsnih performansi. Međutim, tradicionalni sustavi su veliki i skupi i ne mogu zadovoljiti potrebe prenosivosti i integracije velikih razmjera. TI: SAOI fotonska platforma koju je razvio Stanford tim koristi jedan kristalni tanki filmski postupak za integriranje titanijskog safira na izolacijsku supstrat, postižući tri ključna proboja:
1. Ultra-niski prag oscilacija lasera
Stvaranjem mikro-rezonantne šupljine s malim gubitkom šapat-galerijskim modom, istraživači su postigli titanijski safirski laser koji zahtijeva samo milliwatt-ov pumpa
2. Optičko pojačalo velike snage
Mogućnost ograničavanja načina rada Ti: Saoi valovoda je nekoliko reda veličine veće od one u tradicionalnim sustavima, ostvarujući prvo svjetski optičko pojačalo s radnom valnom duljinom ispod 1 mikrona. Ovo pojačalo može pojačati pikosekund impulse do vršne snage od 1. 0 kilovat bez izobličenja.
3. Ugrađeni integrirani laseri
Istraživački tim uspješno je razvio prvi svjetski integrirani integrirani titanijski safirski laser i prvi put je koristio jeftinu zelenu lasersku diodu kao izvore svjetlosti pumpe. Očekuje se da će ovaj tehnološki proboj realizirati velike laserske nizove titanijskog safira, pružajući nove mogućnosti za buduće optičke aplikacije vrhunskog razreda. Veliki napredak u kvantnoj optici i nelinearnoj fotonici
Pored razvoja TI: SAOI platforme, rad također uključuje inverznu dizajnersku optičku tehnologiju temeljenu na fotonskoj platformi silicij -karbida (SIC). Inverzni dizajn revolucionirao je polje fotonike, omogućavajući automatizirani razvoj složenih struktura. Međutim, primjena inverznog dizajna u nelinearnoj fotonici još uvijek je u povojima.
Istraživači su postigli kvantno i klasično nelinearno stvaranje fotona u nano-optičkim šupljinama silicij-karbida.
Doba fotonske integracije: široke izglede za komercijalne aplikacije
Temeljni doprinos ovog istraživanja je postizanje minijaturizacije, niske cijene i skalabilnosti titanij safirske laserske tehnologije, pružajući nove alate za znanstvene i industrijske zajednice. TI: SAOI tehnologija pokazuje široke izglede za aplikaciju u mnogim poljima:
1. Optička frekvencijska češljenja koriste se za spektralnu analizu i metrologiju visoke preciznosti.
2. Bio-optičko snimanje igra važnu ulogu u tehnologijama slike visoke rezolucije kao što je dvofotonska mikroskopija.
3. Kvantna komunikacija i računanje mogu se koristiti kao kvantni izvori svjetla za postizanje učinkovitije obrade kvantnih informacija.
