Laseri veličine čipa mogu zamijeniti optičke lasere?

Nedavno su istraživači sa École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) razvili talasovodni laser dopiran erbijem, novi tip lasera čije su performanse bliske performansama fiber lasera, kombinujući prilagodljivost i praktičnost fotonske integracije čipa. .
Dobro je poznato da fiber laseri koriste optička vlakna dopirana elementima retkih zemalja kao medij za pojačanje. Stoga, u poređenju sa gasnim laserima kao što je ugljen-dioksid, oni imaju prednosti visokog kvaliteta zraka, velike snage, visoke efikasnosti, male veličine i bešavne integracije izlaznih vlakana i fleksibilnih platformi za obradu.
A da bi zadovoljili potražnju za laserskim vlaknima veličine čipa, istraživači su se okrenuli erbijumu kao mediju za pojačanje. Fiber laseri na bazi erbija posebno obećavaju jer ispunjavaju zahtjeve održavanja visoke koherentnosti i stabilnosti. Međutim, dugo je bilo teško postići minijaturizaciju vlaknastih lasera na bazi erbija zbog poteškoća u održavanju njihovih jedinstvenih visokih performansi.
U tu svrhu, istraživači su prvo konstruisali metar dugačku optičku šupljinu na čipu zasnovanu na fotoničkom kolu od silicijum nitrida sa ultra niskim gubicima. Prema Yang Liuu, istraživaču u Laboratoriji za fotoniku i kvantna mjerenja na École Polytechnique Fédérale de Lausanne: Uprkos kompaktnoj veličini čipa, uspjeli smo dizajnirati lasersku šupljinu do dužine metar zahvaljujući integraciji ovih mikro -prstenasti rezonatori, koji efikasno produžuju optički put bez potrebe za fizičkim pojačavačima.
Veliki proboj! Mogu li laseri veličine čipa zamijeniti lasere s vlaknima?
Tim je zatim implantirao visoku koncentraciju erbijuma jona u krug kako bi selektivno generirao medij aktivnog pojačanja koji je potreban za laser. Konačno, integrisali su kola sa III-V laserima poluvodičke pumpe kako bi potaknuli jone erbija kako bi mogli da emituju svetlost i proizvode laserski snop.
Kako bi poboljšali performanse lasera i omogućili preciznu kontrolu talasne dužine, istraživači su osmislili inovativni dizajn unutar šupljine koji sadrži mikro-prstenasti filter, filter koji bira svjetlost na određenoj frekvenciji kako bi poboljšao performanse lasera i omogućio preciznu kontrolu talasne dužine.
Filter omogućava dinamičko podešavanje talasne dužine lasera od 40 nm u C- i L-opsezima, što nadmašuje konvencionalne lasere sa vlaknima iu podešavanju iu niskim spektralnim lažnim metrikama, uz održavanje kompatibilnosti sa trenutnim proizvodnim procesima poluprovodnika. Dizajn podržava stabilno jednomodno lasersko zračenje sa intrinzičnom širinom linije od 50 Hz.
Sa izlaznom snagom većom od 10 mW i omjerom odbijanja bočnog moda većim od 70 dB, vlaknasti laser na bazi erbija nadmašuje mnoge konvencionalne lasere. Njihova uska širina linije omogućava im da emituju čistu i stabilnu svjetlost, što ih čini idealnim za koherentne primjene kao što su senzori, žiroskopi, LIDAR i mjeriteljstvo optičkih frekvencija.
Smanjenje veličine i integracija lasera s erbijumskim vlaknima u uređaje veličine čipa može ih učiniti pristupačnijim, otvarajući nove aplikacije za visoko integrirane mobilne sisteme u potrošačkoj elektronici, medicinskoj dijagnostici i telekomunikacijama. To bi također moglo smanjiti optičke tehnologije u nekoliko drugih aplikacija, uključujući LIDAR, mikrovalnu fotoniku, sintezu optičkih frekvencija i komunikacije u slobodnom prostoru.