Создание миниатюрного лазера с блокировкой мод, оптимизированного для генерации сверхкоротких импульсов, является важным достижением для развития технологии и науки. Это открывает новые возможности для проведения точных измерений в микромире, которые могут быть использованы в различных областях, таких как атомные часы, аналитические приборы и смартфоны.
«Наша цель — совершить революцию в области сверхбыстрой фотоники, превратив большие лабораторные системы в системы размером с чип, которые можно будет массово производить и применять в полевых условиях, — заявил физик Цюши Го (Qiushi Guo) из Калифорнийского технологического института и Городского университета Нью-Йорка. — Мы хотим не только уменьшить размеры, но и обеспечить удовлетворительные характеристики этих сверхбыстрых лазеров на чипе».
Точное измерение физических и химических явлений в самых малых масштабах требует использования лазеров, обладающих как мощностью, так и точностью. Большинство лазеров, способных решать эту задачу, имеют большие размеры, стоят дорого и потребляют много энергии. Новые лазеры достаточно малы, чтобы поместиться на кончике пальца, в то время как прежние лазеры были размером с лабораторный стол.
Миниатюрный лазер может иметь широкий спектр применения. Он может использоваться в медицинской визуализации, где он может помочь в диагностике и лечении заболеваний. Он также может использоваться в атомных часах и навигационных системах, где он обеспечивает высокую точность и стабильность.
Компактный лазер, разработанный учеными Калифорнийского технологического института, представляет собой лазер с модовой синхронизацией (MLL), который генерирует чрезвычайно быстрые лазерные импульсы за счет фазовой синхронизации. Длительность таких импульсов составляет фемтосекунды. Высокоскоростные лазерные импульсы позволяют наблюдать маломасштабные и быстродвижущиеся объекты, такие как атомы в молекулах. Сегодня такие установки имеют очень большие размеры и требуют значительных затрат энергии на работу при оптимальной конструкции и достаточной мощности.
Для создания миниатюрного лазера ученые использовали материал ниобат лития в тонкопленочном исполнении (TFLN). Этот материал позволяет использовать внешние радиочастотные электрические сигналы для управления лазерными импульсами с высокой точностью. Для создания сверхмалого лазера был использован специальный тип полупроводника, который совместим с TFLN и позволяет управлять лазерными импульсами с большой точностью и стабильностью.
Результаты исследования миниатюрного лазера показали, что он способен генерировать импульсы длительностью 4,3 пикосекунды в ближней инфракрасной области спектра с пиковой мощностью около 0,5 Ватт. Этот лазер также обладает высокой степенью настраиваемости режимов работы, что может облегчить его интеграцию в портативные устройства. Однако, создание таких устройств все еще остается задачей будущего.
«Это достижение открывает путь к использованию сотовых телефонов для диагностики глазных заболеваний или анализа продуктов питания и окружающей среды на наличие кишечной палочки и опасных вирусов, — обещают разработчики. — Это также может позволить использовать атомные часы в масштабе микросхемы, что позволит осуществлять навигацию в условиях, когда GPS скомпрометирована или недоступна».
Источник 3dnews
