Yon ekip chèchè ki te dirije pa Jelena Vučković, yon pwofesè nan jeni elektrik nan Stanford University, te pionnier entegrasyon an nan yon lazè pyèr Titàn (Ti:sapphire) sou yon chip (ki ka ponpe ak yon pointeur lazè vèt). Konpare ak nenpòt lòt lazè pyèr Titàn ki disponib kounye a, pwototip sa a se kat lòd nan grandè ki pi piti (sa vle di, yon dis-milyèm nan orijinal la) ak twa lòd nan grandè pi ba nan pri (sa vle di, yon milyèm nan orijinal la).
Titàn pyè presye lazè, akòz gwo lajè pwofi yo ak pwodiksyon batman kè ultrarapid, yo endispansab nan domèn tankou dènye kri optik pwopòsyon, spèktroskopi ak nerosyans. Sepandan, gwo gwosè yo ak gwo pri (dè santèn de milye de dola chak), osi byen ke bezwen pou aparèy ki gen gwo pouvwa (yo chak vann pou apeprè $ 30,000) pou ponpe yo, limite itilizasyon yo toupatou.
"Nan laboratwa Stanford a pou fotonik nano ak kwantik, nou te fè plizyè eksperyans pwopòsyon ki baze sou bits pwopòsyon vire nan eta solid nan materyèl tankou dyaman ak carbure Silisyòm. Eksperyans sa a depann anpil sou lazè pyèr komèsyal Titàn." Joshua Yang, yon etidyan PhD nan ekip Vučković a, eksplike.
Anplis de sa yo te chè, lazè pyè presye Titàn yo konplèks e souvan mande pou antretyen regilye kenbe yo kouri byen.Prof. Ekip rechèch Vučković a fè yon gwo kantite eksperyans pou ki lazè yo pyèr Titàn pa gen ase tan machin, ak Se poutèt sa gen yo pataje ekipman an ak jere orè a eksperimantal. Anplis de sa, paske pouvwa a ki nesesè pou eksperyans yo pi ba anpil pase pouvwa pwodiksyon an nan lazè pyèr komèsyal Titàn, pwodiksyon lazè a ka sèlman bese pa kèk lòd nan grandè, sa ki lakòz yon gwo pati nan pouvwa a lazè ke yo te gaspiye.
Yang te di, "Chip-echèl Titàn safi lazè, akòz pri ki ba yo, konpakte, ak estabilite, ka ranplase sistèm yo komèsyal Titàn pyèr lazè kounye a anplwaye pou eksperyans presizyon nou an."
Figi 1: Lazè pyè presye Titàn chip-echèl devlope pa ekip rechèch Pwofesè Jelena Vučković a. Lazè a repoze dyagonalman kont yon pyè presye Titàn, tou de repoze sou yon ka.
Konsepsyon lazè entelijan
Lazè chip-echèl devlope pa ekip la konsiste de de pati prensipal: yon gid ond ak yon resonator bag.
Yo mete yon kouch pyè presye Titàn sou yon substra diyoksid Silisyòm (SiO2), ki Lè sa a, mete sou yon kristal safi. Kouch la pyèr Titàn se tè, grave ak poli nan yon epesè nan jis kèk santèn nanomèt. Lè sa a, li te modele ak yon gid ond, ki aji kòm yon toubiyon nan ti krèt ki gide limyè pandan y ap vwayaje nan li.
Yo itilize yon aparèy chofaj tipòtrè pou chofe gid ond la, ki chanje endèks refraktif gid ond lan ak vitès limyè vwayaje nan gid ond la, pou longèdonn pwodiksyon an ka ajiste sou yon seri longèdonn, ki soti nan wouj ak enfrawouj (aktyèlman reglabl. jiska 60 nm).
"Gid ond ki gen fòm espiral la ekivalan a yon anplifikatè pou lazè a, ak pouvwa a ogmante kòm lazè a pase." Yang eksplike, "Resonator bag la aji tou de kòm yon filtè pou modile longèdonn lazè a atravè mikrochofaj, ak kòm yon kavite sonan pou lazè a - aji kòm yon chemen resikilasyon pou transmisyon lazè a."
Figi 2: Imaj optik yon anplifikatè gid onn pyèr Titàn ki mezire 0.5mm x 0.5mm.
Defi pou chip-echèl lazè pyè presye Titàn
Difikilte nan pi gwo ak lazè pyèr Titàn se ke yo mande pou gwo entansite ponpe yo opere. Lè yo reyalize teknoloji lazè pyè presye Titàn atravè yon gid ond ki gen gwo presizyon, ekip rechèch la te akonpli de zouti enpòtan:
Premyèman, depi ponpe entansite se pouvwa divize pa zòn, lè l sèvi avèk Titàn pyè presye optik waveguides siyifikativman diminye zòn nan ponpe. "Sa vle di ke sèlman mwens pouvwa (apeprè 1000 fwa mwens) ki nesesè pou reyalize yon entansite ponpe ki sanble ak sa yo ki nan sistèm komèsyal pyèr Titàn." Yang eksplike, "Se konsa, menm yon bon mache lazè semi-conducteurs limyè vèt se pwisan ase yo ponpe sa a lazè chip-echèl."
Dezyèmman, lazè a pyèr Titàn entegre sou chip la. "Lazè chip-echèl safi a (san plis pati k ap deplase) gen miniaturizasyon, évolutivité ak rezistans depaman pa lazè komèsyal pou fabrikasyon semi-conducteurs gwo-echèl nivo wafer." Yang te ajoute.
Pou Yang, rekò travay sa a se itilizasyon lazè pyèr Titàn chip-echèl sa a pou eksperyans pwopòsyon. Li te di, "Se te yon gwo sipriz pou wè ti aparèy sa a ranplase yon sistèm lazè komèsyal ankonbran nan yon eksperyans konplèks kavite elektwodinamik pwopòsyon (QED). Paske lazè chip-echèl nou devlope yo vrèman eksepsyonèl."
Youn nan defi yo ke ekip rechèch Vučković a te simonte pou fè chip-echèl lazè pyè presye Titàn vrèman ka itilize pou eksperyans pwopòsyon te optimize kouple a nan sous ponp lan. "Pou eksperyans, lazè a ponpe atravè yon chemen limyè espas lib," Yang di, "men ak teknoloji anbalaj fotonik, li posib pou entegre yon lazè semi-conducteur limyè vèt ki sèvi kòm sous ponp pou pyè presye Titàn chip-echèl la. lazè pa optimize kouple sistèm anbalaj la ak sous ponp lan, pi wo pwodiksyon lazè ka reyalize, ak lazè a se tou de pòtab ak dirab.
Aplikasyon potansyèl yo
Chip-echèl lazè pyè presye Titàn gen yon pakèt aplikasyon, ki soti nan teknoloji pwopòsyon tankou informatique pwopòsyon ak revèy atomik nan aplikasyon medikal tankou tomografi koerans optik ak mikwoskòp de foton.
"Nou swete ke teknoloji sa a pral gen matirite epi yo pral itilize nan jaden sa yo nan kèk ane kap vini yo," Yang te di. Apre li fin gradye ete sa a, li pral travay pou Brightlight Photonics, yon konpayi ki pral travay pou fasilite komèrsyalizasyon lazè pyè presye Titàn chip-echèl.
Kounye a, Jelena Vučković ak ekip rechèch li a ap travay sou yon lazè Titàn chip-echèl mod-locked.
Lazè enpulsyonèl "ap louvri nouvo opòtinite pou aplikasyon lazè nan teknoloji pwopòsyon, pwosesis enfòmasyon klasik ak byomedsin," Pwofesè Vučković te di.
