Recentment, investigadors de la Universitat de Stanford han fet un gran avenç en el camp de la fabricació de làser.
Han desenvolupat i fabricat amb èxit un làser de safir de titani en un xip, una innovació que no només redueix la mida del làser en quatre ordres de magnitud (és a dir, a una deu mil·lèsima part de la mida original), sinó que també redueix el cost en tres ordres de magnitud (és a dir, a només una mil·lèsima part del preu original).
"Aquest és un avenç disruptiu en el paradigma tradicional", s'entusiasma la professora Jelena Vuckovic, professora de lideratge global i una autoritat líder en enginyeria elèctrica. Com a autora principal de l'article que detalla aquest làser de safir de titani a escala de xip a la revista Nature, està entusiasmada amb el futur: "Aviat, qualsevol laboratori podrà tenir centenars d'aquests làsers d'alt rendiment en un sol xip, en canvi. de dependre d'equips convencionals voluminosos i cars. També serà increïblement fàcil d'utilitzar, i fins i tot serà possible conduir-lo amb un punter làser verd".
Joshua Yang, Ph.D. candidat al laboratori, aprofundeix en les implicacions de gran abast d'aquesta tecnologia: "Aquests potents làsers es podran utilitzar en una gran varietat d'aplicacions importants a una fracció del cost a mesura que passem de dispositius d'escriptori a fent productes preparats per a la producció en un xip". Va treballar en aquesta investigació innovadora amb col·legues del laboratori de fotònica quàntica i nanoescala del professor Vuckovic, inclòs l'enginyer d'investigació Kasper Van Gasse i l'estudiós postdoctoral Daniil M. Lukin.
Tècnicament, els làsers de safir de titani es veuen afavorits perquè tenen el "amplada de banda de guany" més gran de qualsevol cristall làser. Això significa que els làsers de safir de titani són capaços de produir una gamma més àmplia de longituds d'ona que altres làsers. A més, els seus polsos de llum s'emeten molt ràpidament, una vegada cada bilió de segon. Sens dubte, aquestes excel·lents característiques de rendiment contribuiran en gran mesura a l'aplicació generalitzada i al desenvolupament en profunditat de la tecnologia làser en diversos camps.
Per construir aquest nou tipus de làser, primer van cobrir amb precisió una capa de cristalls de safir reals amb una capa de safir de titani sobre una plataforma de diòxid de silici. A continuació, el safir de titani va ser mòlt finament, gravat i polit, i es va reduir a una capa ultrafina d'uns pocs centenars de nanòmetres de gruix. Immediatament després, l'equip va modelar meticulosament la guia d'ones en aquesta capa ultrafina de material.
Aquest disseny miniaturitzat ofereix avantatges importants. Des del punt de vista matemàtic, la intensitat és la relació entre la potència i l'àrea. Així, mantenint la mateixa potència que un làser a gran escala, la intensitat del làser augmentarà significativament a causa de l'àrea reduïda. Els investigadors van assenyalar: "La petita mida del làser ens ajuda realment a millorar l'eficiència".
A més, per millorar encara més el rendiment del làser, l'equip d'investigació va incorporar un escalfador en miniatura. Aquest escalfador escalfa la llum que travessa la guia d'ones, cosa que permet a l'equip de Jelena Vuckovic la flexibilitat per ajustar la longitud d'ona de la llum emesa entre 700-1000 nanòmetres.
Aquest làser de safir de titani en un microxip mostra aplicacions prometedores en diversos camps. En física quàntica, ofereix una solució pràctica i econòmica per reduir la mida dels ordinadors quàntics d'última generació. I en l'àmbit de la neurociència, els investigadors de Stanford preveuen la seva aplicació directa en optogenètica, un camp que permet als científics controlar i influir en l'activitat neuronal dins del cervell a través de la llum, malgrat el volum relatiu dels dispositius de fibra òptica d'ús comú actualment.
De cara al futur, l'equip continuarà perfeccionant el disseny dels làsers de safir de titani a escala de xip i explorarà la possibilitat de produir-los en massa en hòsties, milers de làsers alhora. Aquest estiu, Joshua Yang obtindrà un doctorat basat en aquesta investigació i treballarà per portar aquesta tecnologia al mercat. Podem posar milers de làsers en una hòstia de 4-polzades i el cost per làser serà proper a zero", diu amb confiança. Sens dubte, això provocarà una revolució tecnològica".
Traduït amb www.DeepL.com/Translator (versió gratuïta)
