Erittäin nopeat laserit erittäin pienillä siruilla

Tilalukitut laserit ovat mahdollistava tekniikka ultranopeissa tieteissä ja ne tarjoavat alustan erittäin lyhyiden koherenttien valopulssien ja tarkasti erillisten taajuuskampapiikkien tuottamiseksi.

Nämä laserit ovat tyypillisesti tilaa vieviä, ja komponentit sijaitsevat optisella penkillä.

Caltechin sähkötekniikan ja soveltavan fysiikan apulaisprofessori Alireza Marandi kuvaa uutta menetelmää, jonka hänen laboratorionsa on kehittänyt tilalukitun laserin valmistamiseksi fotoniselle sirulle. Sen avulla voi rakentaa täydellisen ultranopean fotonijärjestelmän integroituun piiriin.

Tämän tyyppiset ultranopeat laserit ovat niin tärkeitä tutkimukselle, että tämän vuoden fysiikan Nobel-palkinto myönnettiin tutkijoiden kolmikolle attosekuntipulsseja tuottavien lasereiden kehittämisestä.

Sellaiseen tarkoiteut laserit ovat kuitenkin tällä hetkellä erittäin kalliita ja tilaa vieviä, sanoo Marandi. "Nämä attosekunnin kokeet tehdään lähes yksinomaan ultranopeilla tilalukituilla lasereilla", hän sanoo. "Ja jotkut niistä voivat maksaa jopa 10 miljoonaa dollaria, josta suurimman osa ottaa tilalukittu laser."

Hän toteaa, että heidän työssään tutkitaan menetelmiä, joilla saavutetaan aikaskaaloja siruilla, jotka voivat olla suuruusluokkaa halvempia ja pienempiä. Kun tavoitteena on kehittää edullisia ja käyttöönotettavia ultranopeita fotoniteknologioita.

Marandin laboratorion kehittämän nanofotonisen tilalukitun laserin ytimessä on litiumniobaatti, synteettinen suola, jolla on ainutlaatuiset optiset ja sähköiset ominaisuudet ja joka tässä tapauksessa mahdollistaa laserpulssien ohjaamisen ja muokkaamisen ulkoisen radiotaajuisen sähköinen signaalin avulla. Tämä lähestymistapa tunnetaan aktiivisena tilan lukituksena intrakaviteetin vaihemodulaatiolla.

"Noin 50 vuotta sitten tutkijat käyttivät onkalonsisäistä vaihemodulaatiota pöytäkokeissa tilalukittujen lasereiden valmistukseen ja päättivät, että se ei ollut hyvä muihin tekniikoihin verrattuna", sanoo tutkijatohtori Qiushi Guo. "Mutta huomasimme sen sopivan hyvin integroituun alustaamme."

"Pienen kokonsa lisäksi laserillamme on myös joukko kiehtovia ominaisuuksia. Voimme esimerkiksi virittää tarkasti ulostulopulssien toistotaajuuden laajalla alueella. Voimme hyödyntää tätä kehittääksemme sirutason stabiloituja taajuuskampalähteitä, jotka ovat elintärkeitä taajuusmetrologialle ja tarkkuusanturille", lisää Guo.

Marandi sanoo aikovansa jatkaa tämän tekniikan parantamista, jotta se voisi toimia vielä lyhyemmillä aikaskaaloilla ja korkeammilla huipputehoilla 50 femtosekunnin tavoitteella, mikä olisi 100-kertainen parannus hänen nykyisen tekniikkaansa laitteelle, joka tuottaa 4,8 pikosekunnin pituisia pulsseja.

Aiheesta aiemmin:

Femtosekunnin laseri lasista

Tehokkaita sirukokoisia näkyvän valon lasereita

Laser integroitu litiumniobaattisirulle