پیشرفت! دانشمندان برای اولین بار قفل حالت لیزری با کارایی بالا را روی تراشه نانوفوتونیکی ادغام کردند.

استفاده از لیزر در زندگی روزمره نسبتاً رایج شده است و همچنین می تواند ابزار مهمی برای مشاهده، تجزیه و تحلیل و تعیین کمیت چیزهایی در طبیعت باشد که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند - کارهایی که متاسفانه در گذشته توسط آنها محدود شده است. نیاز به استفاده از ابزارهای بزرگ و گران قیمت

تیمی از دانشمندان دانشگاه سیتی نیویورک و تیم انستیتو فناوری کالیفرنیا به طور تجربی روش جدیدی را برای ساخت لیزرهای با کارایی بالا و فوق سریع بر روی تراشه های نانوفوتونی نشان داده اند - آنها اولین لیزرهای با حالت قفل شده با پمپ الکتریکی با قدرت بالا را نشان داده اند. حداکثر قدرت پالس یکپارچه شده بر روی تراشه های عکس لیتیوم نیوبات لایه نازک. این تحقیق اخیراً به عنوان یک داستان روی جلد در مجله Science منتشر شده است.

کیوشی گوئو، رهبر تیم، گفت: این تحقیق بر اساس یک لیزر قفل شده با حالت کوچک شده است - که لیزر منحصر به فردی را ساطع می کند که قطاری از پالس های نور منسجم فوق کوتاه را در فواصل فمتوثانیه منتشر می کند.

لیزرهای قفل شده با حالت فوق سریع نقش اصلی را در کشف اسرار سریع ترین مقیاس های زمانی طبیعت، که شامل مطالعه تشکیل و شکستن پیوندهای مولکولی در واکنش های شیمیایی و کاوش دینامیک انتشار نور در محیط های آشفته است، ایفا می کنند.

این توسعه لیزرهای قفل شده با حالت، به دلیل شدت پیک پالس سریع و پوشش طیفی گسترده آنها است که به توسعه انواع فناوری های فوتونیک، از جمله ساعت های اتمی نوری، تصویربرداری زیستی، و محاسبات داده های مبتنی بر نور کمک کرده است. در کامپیوترها

متأسفانه، حتی لیزرهای مدرن با حالت قفل شده هنوز هم گران هستند و هم انرژی مصرف می کنند، که منجر به استفاده از آنها تا حد زیادی در محیط های آزمایشگاهی شده است.

هدف تیم فوق: ایجاد انقلابی در زمینه فوتونیک فوق سریع با تبدیل سیستم های آزمایشگاهی بزرگ به سیستم هایی با اندازه تراشه است که می توانند به صورت انبوه تولید و در این زمینه مستقر شوند. آنها فقط می خواهند چیزها را کوچکتر کنند، اما همچنین می خواهند مطمئن شوند که این لیزرهای فوق سریع با اندازه تراشه عملکرد رضایت بخشی را ارائه می دهند. به عنوان مثال، آنها به شدت پالس کافی، ترجیحاً بیش از 1 وات، برای ساختن سیستم های معنی دار در مقیاس تراشه نیاز دارند.

با این حال، درک و ادغام لیزرهای قفل شده با حالت کارآمد بر روی یک تراشه یک کار چالش برانگیز است. این تحقیق از لایه نازک لیتیوم نیوبات (TFLN)، یک پلت فرم مواد نوآورانه استفاده می کند. با استفاده از این ماده، می توان با افزودن سیگنال الکتریکی RF خارجی، پالس های لیزر را به طور دقیق کنترل و شکل داد.

در آزمایش‌های خود، تیم Guo به طرز ماهرانه‌ای ویژگی‌های بهره لیزری بالای نیمه‌رساناهای III-V را با قابلیت شکل‌دهی پالس بسیار کارآمد موجبرهای نانوفوتونیکی TFLN ترکیب کردند و در نهایت لیزری با حداکثر توان خروجی تا 0.5 وات نشان دادند. .

علاوه بر اندازه جمع و جور خود، لیزر قفل حالت که آنها نشان دادند دارای چندین ویژگی جدید و هیجان انگیز است که می تواند نویدبخش برنامه های آینده باشد.

برای مثال، با تنظیم دقیق جریان پمپ لیزر، Guo به توانایی تنظیم دقیق فرکانس تکرار پالس خروجی در محدوده وسیع 200 مگاهرتز پی برد. با استفاده از قابلیت پیکربندی مجدد قوی لیزر نمایشی، این تیم امیدوار است که منابع شانه ای تثبیت شده با فرکانس در مقیاس تراشه را تسهیل کند که برای کاربردهای سنجش دقیق ضروری است.

در حالی که تحقق سیستم‌های فوتونیک مقیاس‌پذیر، یکپارچه و فوق سریع برای دستگاه‌های قابل حمل و دستی چالش‌های بیشتری را برای تیم Kuo ایجاد می‌کند، نمایش فعلی نقطه عطف مهمی در غلبه بر موانع بزرگ است.

این دستاورد راه را برای استفاده از تلفن های همراه برای تشخیص بیماری های چشمی یا تجزیه و تحلیل E. coli و ویروس های خطرناک موجود در غذا و محیط هموار می کند. همچنین می‌تواند به ایجاد ساعت‌های اتمی در مقیاس تراشه در آینده کمک کند و زمانی که GPS آسیب دیده یا در دسترس نیست، ناوبری را امکان‌پذیر می‌کند.

دانشمندان با این آخرین نمایش بر یک مانع بزرگ غلبه کرده اند. با این وجود، دانشمندان مشتاقانه منتظرند تا با موانع اضافی توسعه سیستم های فوتونیک مقیاس پذیر، یکپارچه و فوق سریع که ممکن است در دستگاه های قابل حمل و دستی مورد استفاده قرار گیرند، مقابله کنند.