Наскоро изследователи от Станфордския университет направиха пробив в областта на лазерното производство.
Те успешно са разработили и произвели титанов сапфирен лазер върху чип, иновация, която не само намалява размера на лазера с четири порядъка (т.е. до една десет хилядна от оригиналния размер), но също така намалява цената с три порядъка (т.е. само до една хилядна от първоначалната цена).
„Това е разрушителен пробив в традиционната парадигма“, въодушевява проф. Йелена Вукович, професор по глобално лидерство и водещ авторитет в областта на електроинженерството. Като старши автор на статията, описваща този титаниев сапфирен лазер в мащаб на чип в списание Nature, тя е развълнувана за бъдещето: „Скоро всяка лаборатория ще може да разполага със стотици от тези високопроизводителни лазери на един чип, вместо разчитайки на обемисто и скъпо конвенционално оборудване, той също ще бъде невероятно лесен за управление и дори ще бъде възможно да се управлява със зелена лазерна показалка."
Джошуа Янг, доктор по философия. кандидат в лабораторията, доразвива широкообхватните последици от тази технология, „Тези мощни лазери ще могат да се използват в голямо разнообразие от важни приложения на малка част от цената, докато преминаваме от устройства от настолен клас към създаване на готови за производство продукти на чип." Той работи върху това новаторско изследване с колеги от лабораторията по наномащаб и квантова фотоника на проф. Вукович, включително инженер-изследовател Каспер Ван Гасе и постдокторант Даниил М. Лукин.
Технически, титаниево-сапфирните лазери са предпочитани, защото имат най-голямата "честотна лента на усилване" от всички лазерни кристали. Това означава, че лазерите с титанов сапфир са в състояние да произвеждат по-широк диапазон от дължини на вълните в сравнение с други лазери. Освен това техните светлинни импулси се излъчват изключително бързо, веднъж на всяка трилионна част от секундата. Тези отлични работни характеристики несъмнено ще допринесат значително за широкото приложение и задълбочено развитие на лазерната технология в различни области.
За да изградят този нов тип лазер, те първо прецизно покриват слой от истински сапфирени кристали със слой от титанов сапфир върху платформа от силициев диоксид. След това титановият сапфир беше фино смлян, гравиран и полиран и редуциран до ултратънък слой с дебелина само няколкостотин нанометра. Веднага след това екипът щателно очерта вълновода в този ултратънък слой материал.
Този миниатюрен дизайн предлага значителни предимства. От математическа гледна точка интензитетът е съотношението мощност към площ. По този начин, при запазване на същата мощност като мащабен лазер, интензитетът на лазера ще бъде значително увеличен поради намалената площ. Изследователите отбелязват: "Малкият размер на лазера всъщност ни помага да подобрим ефективността."
Освен това, за да подобри допълнително работата на лазера, изследователският екип включи миниатюрен нагревател. Този нагревател загрява светлината, която преминава през вълновода, позволявайки на екипа на Йелена Вукович гъвкавостта да регулира дължината на вълната на излъчваната светлина между 700-1000 нанометра.
Този лазер с титаниев сапфир върху микрочип показва обещаващи приложения в няколко области. В квантовата физика той предлага евтино и практично решение за намаляване на най-съвременните квантови компютри. А в областта на невронауките изследователите от Станфорд предвиждат директното му приложение в оптогенетиката, област, която позволява на учените да контролират и влияят върху невронната активност в мозъка чрез светлина, въпреки относителната обемност на оптичните устройства, които се използват в момента.
Гледайки напред, екипът ще продължи да усъвършенства дизайна на титаниево-сапфирените лазери с мащаб на чип и да проучи възможността за масовото им производство на пластини, хиляди лазери наведнъж. Това лято Джошуа Янг ще получи докторска степен въз основа на това изследване и ще работи за пускането на тази технология на пазара. Можем да поставим хиляди лазери върху 4-инчова пластина и цената на лазер ще бъде близо до нула", казва той уверено. Това несъмнено ще предизвика технологична революция."
Преведено с www.DeepL.com/Translator (безплатна версия)
