Els científics integren per primera vegada un bloqueig de mode làser d'alt rendiment al xip nanofotònic

L'ús del làser a la vida quotidiana s'ha tornat relativament comú, i també pot ser una eina important per observar, analitzar i quantificar coses de la natura que són invisibles a simple vista, tasques que, malauradament, han estat limitades en el passat per la necessitat d'utilitzar instruments grans i cars.
Un equip de científics de la Universitat de la Ciutat de Nova York i l'equip de l'Institut de Tecnologia de Califòrnia han demostrat experimentalment una nova manera de fabricar làsers d'alt rendiment i ultraràpids en xips nanofotònics: han demostrat els primers làsers bloquejats en mode bombejats elèctricament del món amb alt rendiment. potència de pols màxima integrada en xips fotogràfics de niòbat de liti de pel·lícula fina. La investigació s'ha publicat recentment com a portada a la revista Science.
La investigació es basa en làsers miniaturitzats bloquejats en mode, que emeten un làser únic que emet un tren de polsos ultracurts de llum coherent a intervals de femtosegons, segons el líder de l'equip Qiushi Guo.
Els làsers de mode ultraràpid tenen un paper central a l'hora de desvelar els misteris de les escales de temps més ràpides de la natura, que inclouen l'estudi de la formació i la ruptura d'enllaços moleculars en reaccions químiques i l'exploració de la dinàmica de la propagació de la llum en medis turbulents.
És el desenvolupament de làsers bloquejats en mode, a causa de les seves intensitats de pic de pols ràpids i la seva àmplia cobertura espectral, el que també ha impulsat el desenvolupament d'una varietat de tecnologies fotòniques, com ara rellotges atòmics òptics, bioimatge i càlcul de dades basat en la llum. en ordinadors.
Malauradament, fins i tot els làsers de modalitat d'última generació actuals són encara cars i consumeixen energia, cosa que ha fet que el seu ús es limiti en gran mesura als entorns de laboratori.
L'objectiu de l'esmentat equip: revolucionar el camp de la fotònica ultraràpida transformant grans sistemes de laboratori en sistemes de la mida d'un xip que es puguin produir en massa i desplegar-los al camp. Només volen fer les coses més petites, però també volen assegurar-se que aquests làsers ultraràpides de mida de xip ofereixen un rendiment satisfactori. Per exemple, necessiten una intensitat màxima de pols suficient, preferiblement més d'1 watt, per construir sistemes significatius a escala de xip.
Tanmateix, realitzar i integrar làsers eficients bloquejats en mode en un xip és una tasca difícil. Aquesta investigació utilitza niobat de liti de pel·lícula fina (TFLN), una plataforma de material innovadora. Amb aquest material, és possible controlar amb precisió i formar polsos làser de manera eficient afegint un senyal elèctric de RF extern.
En els seus experiments, l'equip de Guo va combinar hàbilment les propietats d'alt guany làser dels semiconductors III-V amb les capacitats de conformació de polsos altament eficients de les guies d'ones nanofotòniques TFLN, demostrant finalment un làser amb una potència màxima de sortida de fins a 0,5 watts. .
A més de la seva mida compacta, el làser amb mode bloquejat que van demostrar té una sèrie de noves funcions interessants que poden ser molt prometedores per a aplicacions futures.
Per exemple, ajustant amb precisió el corrent de la bomba del làser, Guo es va adonar de la capacitat d'ajustar la freqüència de repetició del pols de sortida en un ampli rang de 200 MHz. Utilitzant la reconfigurabilitat robusta del làser de demostració, l'equip espera facilitar les fonts de pinta estabilitzades per freqüència a escala de xips, que són crítiques per a aplicacions de detecció de precisió.
Tot i que la realització de sistemes fotònics escalables, integrats i ultraràpides per a dispositius portàtils i de mà presenta reptes addicionals per a l'equip de Kuo, la demostració actual marca una fita important per superar grans obstacles.
Aquest assoliment obre el camí per utilitzar els telèfons mòbils per diagnosticar malalties oculars o analitzar E. coli i virus perillosos als aliments i al medi ambient. També podria ajudar a crear els rellotges atòmics a escala de xip del futur, permetent la navegació quan el GPS està danyat o no està disponible.
Els científics han superat un obstacle important amb aquesta última demostració. No obstant això, els científics esperen ara afrontar els obstacles addicionals del desenvolupament de sistemes fotònics escalables, integrats i ultraràpides que es puguin utilitzar en dispositius portàtils i de mà.