محققان UC سانتا باربارا یک لیزر کم هزینه و کم هزینه ایجاد کرده اند که عملکرد سیستم های در مقیاس آزمایشگاه را رقیب می کند. از اتم های Rubidium و تکنیک های پیشرفته ادغام تراشه برای فعال کردن برنامه هایی مانند محاسبات کوانتومی ، زمان بندی و سنجش محیطی ، از جمله نقشه برداری گرانش مبتنی بر ماهواره استفاده می کند.
لیزرها برای آزمایش هایی که نیاز به اندازه گیری و کنترل اتمی بسیار دقیق دارند ، مانند ساعتهای اتمی دو فوتونی ، سنسورهای تداخل سنجی سرد و دروازه های کوانتومی ضروری هستند. کلید اصلی اثربخشی لیزرها ، خلوص طیفی آنها است که انتشار نور تنها یک رنگ یا فرکانس است. امروزه ، دستیابی به نور پایدار و کم نظیر مورد نیاز برای این برنامه ها به سیستم های لیزر بزرگ و گران قیمت بنچوپت متکی است که برای تولید و مدیریت فوتون ها در یک محدوده طیف باریک طراحی شده است.
اما اگر این برنامه های اتمی بتوانند از محدوده آزمایشگاه و نیمکت فرار کنند ، چه می شود؟ این تحقیقات بینایی رانندگی در آزمایشگاه دانیل بلومنتال ، استاد مهندسی در UC سانتا باربارا است ، جایی که تیم وی در تلاش است تا عملکرد این لیزرهای با دقت بالا را در دستگاه های سبک و دستی سبک کند.
آندری ایزیچنکو ، محقق فارغ التحصیل در آزمایشگاه بلومنتال گفت: "این لیزرهای کوچک راه حل های لیزر مقیاس پذیر را برای سیستم های کوانتومی عملی و همچنین لیزرها برای سنسورهای قابل حمل ، مستقر در زمینه و مبتنی بر فضا امکان پذیر می کنند." "این پیامدهایی برای مناطق فناوری مانند محاسبات کوانتومی با استفاده از اتم های خنثی و یون های به دام افتاده و همچنین سنسورهای کوانتومی با سرماخوردگی مانند ساعتهای اتمی و گرانش ها خواهد داشت."
در مقاله ای که در ژورنال گزارش های علمی منتشر شده است ، Blumenthal ، Isichenko و تیم آنها ، توسعه یک خط پهنای باند Ultra-Low-Line-Linection Linected {4}} nanome را در این جهت توصیف می کنند. محققان می گویند این دستگاه ، که تقریباً به اندازه یک جعبه کبریت است ، می تواند از لیزرهای خطوط باریک فعلی {6}} nm در کسری از هزینه تولید و فضا استفاده کند.
اتم های روبیدیوم برای لیزر انتخاب شدند زیرا دارای خواص شناخته شده ای هستند که آنها را برای انواع کاربردهای با دقت بالا ایده آل می کند. ثبات انتقال نوری D2 آنها باعث می شود آنها برای ساعتهای اتمی ایده آل باشند. حساسیت اتم ها همچنین آنها را به عنوان یک انتخاب محبوب برای سنسورها و فیزیک اتم سرد تبدیل می کند. با عبور از لیزر از طریق بخار اتم های روبیدیوم که به عنوان یک مرجع اتمی عمل می کنند ، لیزر مادون قرمز نزدیک خواص یک انتقال اتمی پایدار را به خود اختصاص می دهد.
بلومنتال ، نویسنده ارشد مقاله می گوید: "شما از خط انتقال اتمی برای به دام انداختن لیزر استفاده می کنید." "به عبارت دیگر ، با قفل کردن لیزر به خط انتقال اتمی ، لیزر کم و بیش خصوصیات آن انتقال اتمی را از نظر پایداری می گیرد."
اما چراغ قرمز فانتزی باعث ایجاد لیزر دقیق نمی شود. برای به دست آوردن کیفیت ایده آل نور لیزر ، "سر و صدا" باید برداشته شود. بلومنتال آن را به عنوان یک چنگال تنظیم در مقابل رشته گیتار توصیف می کند. وی توضیح می دهد: "اگر با چنگال تنظیم به C ضربه بزنید ، ممکن است یک C بسیار عالی باشد." "اما اگر به یک گیتار به C ضربه بزنید ، می توانید تن های دیگری را در آن بشنوید." به همین ترتیب ، نور لیزر ممکن است حاوی فرکانس های مختلف (رنگ) باشد و "تن" اضافی ایجاد کند. برای تولید فرکانس منفرد مورد نیاز (در این حالت ، چراغ قرمز خالص خالص) ، سیستم از اجزای اضافی برای صاف کردن نور لیزر استفاده می کند. چالش برای محققان بسته بندی همه این عملکرد و عملکرد بر روی یک تراشه واحد بود.
"این تیم از ترکیبی از دیودهای لیزر فابری-پروتر تجاری در دسترس استفاده کرده است ، کمترین موج های باخت در جهان (ساخته شده توسط آزمایشگاه بلومنتال) ، و با کیفیت بالاترین فاکتور عامل ، همه در یک سکوی نیترید سیلیکون ساخته شده اند. با توجه به تست های خود ، قادر به تکثیر عملکرد سیستم های نیمکت فله {3}}} ، دستگاه آنها از برخی از لیزرهای نیمکت و همچنین لیزرهای یکپارچه قبلاً گزارش شده است که توسط چهار مرتبه در معیارهای کلیدی مانند نویز فرکانس و خط عرض خط وجود دارد.
ایزیچنکو توضیح داد: "اهمیت مقادیر پهنای باند پایین این است که ما می توانیم بدون قربانی کردن عملکرد لیزر ، به لیزرهای جمع و جور دست یابیم." "از بعضی جهات ، عملکرد در مقایسه با لیزرهای معمولی به دلیل ادغام کامل در مقیاس تراشه که به دست آمده است ، بهبود می یابد. این عرض های خط به ما کمک می کنند تا با سیستم اتمی بهتر ارتباط برقرار کنیم و سهم نویز لیزر را از بین می بریم و در نتیجه کاملاً سیگنال های اتمی را در آن حل می کنیم پاسخ به محیطی که آنها حس می کنند و غیره "
پهنای باند پایین ، برای این پروژه ، خطوط یکپارچه یکپارچه و زیر کیلوهرتز زیر هرتز کم سابقه است و نشان دهنده ثبات و توانایی فناوری لیزر در غلبه بر سر و صدا از هر دو منبع خارجی و داخلی است.
از دیگر مزایای این فناوری می توان به استفاده از هزینه های 50 دلاری پرداخت کرد و با استفاده از یک فرآیند تولید مقرون به صرفه و مقیاس پذیر که با استفاده از فرآیندهای مقیاس ویفر سازگار با CMOS ساخته شده است ، وام گرفته می شود و از دنیای ساخت تراشه های الکترونیکی وام می گیرد. موفقیت این فناوری به این معنی است که این لیزرهای یکپارچه فوتونی با کارایی بالا ، با دقت بالا و کم هزینه می توانند در انواع مختلفی از تنظیمات در داخل و خارج از آزمایشگاه مستقر شوند ، از جمله آزمایش های کوانتومی ، زمان اتمی و سنجش ضعیف ترین سیگنال ها ، مانند تغییر در شتاب گرانشی در اطراف زمین.
بلومنتال گفت: "شما می توانید این ابزارها را روی ماهواره ها قرار دهید و با دقت کمی در زمین و اطراف زمین نقشه برداری کنید." "شما می توانید میدان گرانشی در اطراف زمین را برای اندازه گیری افزایش سطح دریا ، تغییر در یخ دریا و زمین لرزه ها حس کنید." وی افزود: این فناوری فشرده ، کم مصرف و سبک وزن است و آن را برای استقرار در فضا ایده آل می کند. "
