Penggunaan laser dalam kehidupan seharian telah menjadi agak biasa, dan ia juga boleh menjadi alat penting untuk memerhati, menganalisis, dan mengukur perkara dalam alam semula jadi yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar - tugas yang, malangnya, telah dihadkan pada masa lalu oleh keperluan untuk menggunakan instrumen yang besar dan mahal.
Satu pasukan saintis dari City University of New York dan pasukan Institut Teknologi California telah menunjukkan secara eksperimen cara baharu untuk menghasilkan laser berprestasi tinggi dan ultra laju pada cip nanofotonik - mereka telah menunjukkan laser terkunci mod dipam elektrik pertama di dunia dengan tinggi. kuasa nadi puncak disepadukan pada cip foto litium niobate filem nipis. Penyelidikan itu baru-baru ini telah diterbitkan sebagai cerita penutup dalam jurnal Sains.
Penyelidikan itu berdasarkan laser terkunci mod kecil - yang memancarkan laser unik yang memancarkan serangkaian denyutan cahaya koheren ultra pendek pada selang femtosaat, kata ketua pasukan Qiushi Guo.
Laser terkunci mod ultrapantas memainkan peranan penting dalam merungkai misteri skala masa terpantas alam semula jadi, yang termasuk mengkaji pembentukan dan pemecahan ikatan molekul dalam tindak balas kimia dan meneroka dinamik perambatan cahaya dalam media bergelora.
Ia adalah pembangunan laser terkunci mod, kerana keamatan puncak nadi yang pantas dan liputan spektrum yang luas, yang juga telah memacu pembangunan pelbagai teknologi fotonik, termasuk jam atom optik, pengimejan bio, dan pengiraan data berasaskan cahaya. dalam komputer.
Malangnya, walaupun laser terkunci mod terkini hari ini masih mahal dan haus kuasa, yang menyebabkan penggunaannya terhad kepada persekitaran makmal.
Matlamat pasukan yang disebutkan di atas: adalah untuk merevolusikan bidang fotonik ultrafast dengan mengubah sistem makmal yang besar kepada sistem bersaiz cip yang boleh dihasilkan secara besar-besaran dan digunakan di lapangan. Mereka hanya mahu menjadikan perkara lebih kecil, tetapi mereka juga ingin memastikan bahawa laser bersaiz cip yang sangat pantas ini memberikan prestasi yang memuaskan. Sebagai contoh, mereka memerlukan keamatan nadi puncak yang mencukupi, sebaik-baiknya lebih daripada 1 watt, untuk membina sistem skala cip yang bermakna.
Walau bagaimanapun, menyedari dan menyepadukan laser terkunci mod yang cekap pada cip adalah tugas yang mencabar. Penyelidikan ini menggunakan litium niobate filem nipis (TFLN), platform bahan yang inovatif. Menggunakan bahan ini, adalah mungkin untuk mengawal dan membentuk denyutan laser dengan tepat dengan menambah isyarat elektrik RF luaran.
Dalam eksperimen mereka, pasukan Guo dengan mahir menggabungkan ciri perolehan laser tinggi bagi semikonduktor III-V dengan keupayaan membentuk nadi yang sangat cekap bagi pandu gelombang nanofotonik TFLN, akhirnya menunjukkan laser dengan kuasa puncak output sehingga 0.5 watt .
Sebagai tambahan kepada saiznya yang padat, laser terkunci mod yang mereka tunjukkan mempunyai beberapa ciri baharu yang menarik yang boleh memegang janji besar untuk aplikasi masa hadapan.
Contohnya, dengan menala arus pam laser dengan tepat, Guo menyedari keupayaan untuk memperhalusi frekuensi pengulangan nadi keluaran dalam julat luas 200 MHz. Menggunakan kebolehkonfigurasian teguh laser demonstrasi, pasukan itu berharap dapat memudahkan sumber sikat berskala cip dan frekuensi-stabil yang penting untuk aplikasi pengesanan ketepatan.
Sambil merealisasikan sistem fotonik ultra-pantas yang boleh skala, bersepadu, untuk peranti mudah alih dan pegang tangan memberikan cabaran tambahan untuk pasukan Kuo, demonstrasi semasa menandakan satu peristiwa penting dalam mengatasi halangan utama.
Pencapaian ini membuka jalan untuk menggunakan telefon bimbit untuk mendiagnosis penyakit mata atau menganalisis E. coli dan virus berbahaya dalam makanan dan alam sekitar. Ia juga boleh membantu mencipta jam atom berskala cip pada masa hadapan, membolehkan navigasi apabila GPS rosak atau tidak tersedia.
Para saintis telah mengatasi halangan besar dengan demonstrasi terbaru ini. Namun begitu, para saintis tidak sabar untuk menangani halangan tambahan untuk membangunkan sistem fotonik berskala, bersepadu, ultra laju yang boleh digunakan pada peranti mudah alih dan pegang tangan.
