For nylig har forskere ved Stanford University fået et gennembrud inden for laserfremstilling.
De har med succes udviklet og fremstillet en titanium safir laser på en chip, en innovation, der ikke kun reducerer størrelsen af laseren med fire størrelsesordener (dvs. til en ti tusindedel af den oprindelige størrelse), men også reducerer omkostningerne med tre størrelsesordener (dvs. kun til en tusindedel af den oprindelige pris).
"Dette er et forstyrrende gennembrud i det traditionelle paradigme," siger prof. Jelena Vuckovic, professor i globalt lederskab og en førende autoritet inden for elektroteknik, begejstret. Som seniorforfatter til artiklen, der beskriver denne chip-skala titanium safir laser i tidsskriftet Nature, er hun begejstret for fremtiden: "Snart vil ethvert laboratorium være i stand til at have hundredvis af disse højtydende lasere på en enkelt chip, i stedet for af at stole på omfangsrigt og dyrt konventionelt udstyr Det vil også være utroligt nemt at betjene, og det vil endda være muligt at køre det med en grøn laserpointer.
Joshua Yang, en ph.d. kandidat i laboratoriet, uddyber yderligere de vidtrækkende implikationer af denne teknologi, "Disse kraftfulde lasere vil være i stand til at blive brugt i en lang række vigtige applikationer til en brøkdel af prisen, når vi går over fra desktop-klassen enheder til at lave produktionsklare produkter på en chip." Han arbejdede på denne banebrydende forskning sammen med kolleger i Prof. Vuckovic's Nanoscale and Quantum Photonics Laboratory, herunder forskningsingeniør Kasper Van Gasse og postdoc Daniil M. Lukin.
Teknisk set foretrækkes titanium safir lasere, fordi de har den største "forstærkningsbåndbredde" af enhver laserkrystal. Det betyder, at titanium safir lasere er i stand til at producere et bredere spektrum af bølgelængder end andre lasere. Derudover udsendes deres lysimpulser ekstremt hurtigt, en gang hver trilliontedel af et sekund. Disse fremragende ydeevneegenskaber vil uden tvivl bidrage meget til den udbredte anvendelse og dybdegående udvikling af laserteknologi på forskellige områder.
For at bygge denne nye type laser dækkede de først præcist et lag af ægte safirkrystaller med et lag titanium safir på en siliciumdioxid platform. Titanium safiren blev derefter fint slebet, ætset og poleret og reduceret til et ultratyndt lag kun et par hundrede nanometer tykt. Umiddelbart efter mønstrede holdet omhyggeligt bølgelederen i dette ultratynde lag af materiale.
Dette miniaturiserede design giver betydelige fordele. Fra et matematisk synspunkt er intensitet forholdet mellem effekt og areal. Samtidig med at den samme effekt som en storskala laser bevares, vil intensiteten af laseren blive væsentligt forøget på grund af det reducerede areal. Forskerne bemærkede, "Den lille størrelse af laseren hjælper os faktisk med at forbedre effektiviteten."
For yderligere at forbedre laserens ydeevne indarbejdede forskerholdet en miniaturevarmer. Denne varmelegeme opvarmer lyset, der passerer gennem bølgelederen, og giver Jelena Vuckovics team fleksibilitet til at justere bølgelængden af det udsendte lys mellem 700-1000 nanometer.
Denne titanium safir laser på en mikrochip viser lovende anvendelser på flere områder. Inden for kvantefysik tilbyder det en billig og praktisk løsning til nedskæring af avancerede kvantecomputere. Og inden for neurovidenskab forudser Stanford-forskere dens direkte anvendelse inden for optogenetik, et område, der gør det muligt for forskere at kontrollere og påvirke neuronal aktivitet inde i hjernen gennem lys, på trods af den relative omfang af de fiberoptiske enheder, der i øjeblikket er almindeligt anvendt.
Når vi ser fremad, vil holdet fortsætte med at forfine designet af titanium safirlasere i chipskala og undersøge muligheden for at masseproducere dem på wafers, tusindvis af lasere ad gangen. Til sommer vil Joshua Yang opnå en doktorgrad baseret på denne forskning og arbejde på at bringe denne teknologi på markedet. Vi kan sætte tusindvis af lasere på en 4-tommer wafer, og prisen pr. laser vil være tæt på nul," siger han selvsikkert. Dette vil uden tvivl udløse en teknologisk revolution."
Oversat med www.DeepL.com/Translator (gratis version)
