Sirulle sopiva laserisolaattori

Lasereiden emittoima valo voi heijastua takaisin itse laseriin ja horjuttaa sen vakautta tai jopa ajaa sen pois käytöstä. Reaalimaailman mittakaavassa tämä haaste ratkaistaan kookkailla rakenteilla, jotka hyödyntävät magnetismia estämään haitalliset heijastukset.

Tätä taustaa vasten Stanfordin yliopiston tutkijat sanovat luoneensa yksinkertaisen ja tehokkaan sirumittakaavan isolaattorin eli suuntavaimentimen, joka voidaan asettaa ohuelle kerrokselle puolijohdemateriaalia.

"Sirumittakaavan isolointi on yksi suurista avoimista haasteista fotoniikan alalla", sanoo professori Jelena Vučković.

"Jokainen laser tarvitsee isolaattorin estääkseen takaisinheijastuksien pääsyn laseriin ja horjuttamaan laseria", sanoo tohtorikandinaatti Alexander White, ja lisäsi, että laitteella on vaikutuksia jokapäiväiseen tietojenkäsittelyyn, mutta se voisi vaikuttaa myös seuraavan sukupolven teknologioihin, kuten kvanttilaskentaan.

Nanomittakaavainen isolaattori on lupaava useista syistä.

Ensinnäkin isolaattori on "passiivinen". Se ei vaadi ulkoisia tuloja, monimutkaista elektroniikkaa tai magneetteja. Toinen etu on, että se on valmistettu yleisestä ja tunnetusta piinitridistä ja valmistettu olemassa olevilla puolijohteiden käsittelytekniikoilla.

Tutkijoiden isolaattori perustuu jatkuvan aallon laserin passiiviseen isolointiin käyttämällä rengasresonaattoreiden luonnostaan ei-vastavuoroista Kerr-epälineaarisuutta.

Vahva ensisijainen lasersäde tulee renkaaseen ja fotonit alkavat pyöriä renkaassa myötäpäivään. Samanaikaisesti taaksepäin heijastuva säde lähetettäisiin takaisin renkaaseen vastakkaiseen suuntaan vastapäivään pyörien.

”Syöttämämme laserteho kiertää useita kertoja ja kerääntyy renkaan sisälle. Tämä lisääntyvä teho muuttaa heikompaa sädettä, kun taas vahvempi jatkuu ennallaan", selittää tohtorikandidaatti Geun Ho Ahn, sähkötekniikan ilmiöstä, joka saa heikomman säteen lakkaamaan resonoimasta. "Heijastunut valo ja vain heijastunut valo poistetaan tehokkaasti."

Vučković ja hänen tiiminsä ovat rakentaneet prototyypin todisteeksi konseptista ja kyenneet yhdistämään kaksi rengasisolaattoria kaskadiin saavuttaakseen paremman suorituskyvyn.

Piinitridiä mallialustana käyttäen tutkijat saavuttivat yhdellä renkaalla 17–23 dB isoloinnin ja 1,8–5,5 dB:n liittymishäviön sekä peräkkäisillä renkailla 35 dB:n erottelun ja 5 dB:n liittymishäviön.

Aiheesta aiemmin: