Laseronteloille uusia muotoja ja toimintoja

Kalifornian San Diego -yliopiston tutkijat ovat osoittaneet ensimmäisen laserkaviteetin, joka voi rajata ja johtaa valoa missä tahansa kuviteltavissa olevassa muodoissa, jopa reiteillä, joissa on teräviä mutkia ja kulmia.

Tutkijat kuvaavat uutuuttaan topologiseksi kaviteetitksi ja se saattaisi mahdollistaa laserkomponenttien pakkaamisen fotoni-integraation siruille tiheämmin.

"Tavoitteenamme on voittaa optisten laitteiden perusrajoitukset ja löytää uusia fyysisiä periaatteita, jotka mahdollistavat aiemmin ajatellun mahdottomuuden", toteaa UC San Diegon sähkö- ja tietotekniikan professori Boubacar Kanté ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja.

Useimmat tavanomaiset laserontelot ovat rengasmaisia, mikä tarkoittaa hukkatilaa piirirakenteessa. Nyt Kanté ryhmineen on tuonut käyttöön keinot tehdä mielivaltaisten muotojen laserkaviteetteja.

He loivat rakenteen, joka koostuu kahdesta fotonikiteestä, joista toinen ympäröi toisen kehää. Kiteet kasvatetaan samoista materiaaleista mutta ne ovat topologisesti erilaisia ja ne voivat johtaa samaa valon aallonpituutta ulkosivullaan mutta toimimalla eristeinä sisäpuoleltaan. Asettamalla nämä kiteet yhteen, tutkijat loivat kaviteetin, jossa valoaallot voivat edetä kiteiden välisessä rajapinnassa.

Tutkijoiden kehittämä topologinen kaviteetti ei ole tila vaan raja, jossa kaksi topologisesti erilaista materiaalia kohtaavat. Tämä kaviteetti voi olla minkä tahansa muotoinen - kolmio, neliö tai silmukka ja valo voi liikkua tämän muodon sisällä siroamatta.

Osoittaakseen laitteensa laserointikykyä, tutkijat kytkivät kaviteettiinsa aaltoputken. Sitten he energisoivat kiteet suuritehoisella laservalolla ja magneettikentällä suuntaa ohjaten. Infrapunakameran avulla selvisi että kaviteetti emittoi lasersäteen 1,55 mikrometrillä, joka on yleinen aallonpituus tietoliikenteelle.

Toinen erityispiirre on, että tällä rakenteella on ei-vastavuoroinen laserointitapa, mikä tarkoittaa, että lasersäde voi liikkua vain yhteen suuntaan. Näin ei ole useimmissa nykylasereissa, joissa tarvitaan lähdön eteen sijoitettava isolaattori, joka estää lasersäteen tulevan takaisin ja mahdollisesti vahingoittaen onteloa. Isolaattorit ovat yleensä kookkaita rakenteita ja uusi työ voi siten poistaa niiden tarpeen tulevaisuudessa, Kanté toteaa.

Jatkossa, ryhmä haluaa luoda sähkökäyttöisen rakenteen, mikä tekee siitä käytännöllisemmän.

Aiheesta aiemmin:

Laser ja antilaser samassa paketissa

Pii ja fotoniikka löytävät toisensa

Mikropiireille sopiva laser