Laser bersaiz cip Boleh Menggantikan Laser Gentian?

Baru-baru ini, penyelidik dari École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) membangunkan laser pandu gelombang doped erbium bersepadu cip, jenis laser baharu yang prestasinya hampir dengan laser gentian, menggabungkan kebolehtunaian dan kepraktisan integrasi fotonik skala cip. .
Umum mengetahui bahawa laser gentian menggunakan gentian optik yang didopkan dengan unsur nadir bumi sebagai medium perolehan. Oleh itu, berbanding dengan laser gas seperti karbon dioksida, mereka mempunyai kelebihan kualiti pancaran tinggi, kuasa tinggi, kecekapan tinggi, saiz kecil, dan penyepaduan lancar keluaran gentian dan platform pemprosesan fleksibel.
Dan untuk memenuhi permintaan untuk laser gentian berskala cip, penyelidik beralih kepada erbium sebagai medium keuntungan. Laser gentian berasaskan erbium amat menjanjikan kerana ia memenuhi keperluan untuk mengekalkan koheren dan kestabilan yang tinggi. Walau bagaimanapun, pengecilan laser gentian berasaskan erbium telah lama sukar dicapai kerana kesukaran mengekalkan prestasi tinggi yang unik.
Untuk tujuan ini, para penyelidik mula-mula membina rongga optik pada cip sepanjang meter berdasarkan litar bersepadu fotonik nitrida silikon ultra-rendah. Menurut Yang Liu, seorang penyelidik di Makmal Fotonik dan Pengukuran Kuantum di École Polytechnique Fédérale de Lausanne: Walaupun saiz cip yang padat, kami dapat mereka bentuk rongga laser pada panjang meter berkat penyepaduan mikro ini. -resonator cincin, yang memanjangkan laluan optik dengan cekap tanpa memerlukan peranti penguat fizikal.
Kejayaan besar! Laser bersaiz cip boleh menggantikan laser gentian?
Pasukan itu kemudiannya menanam kepekatan tinggi ion erbium dalam litar untuk menjana secara selektif medium keuntungan aktif yang diperlukan untuk pengelasan. Akhirnya, mereka menyepadukan litar dengan laser pam semikonduktor III-V untuk merangsang ion erbium supaya mereka boleh mengeluarkan cahaya dan menghasilkan pancaran laser.
Untuk meningkatkan prestasi laser dan membolehkan kawalan panjang gelombang yang tepat, para penyelidik mencipta reka bentuk intracaviti yang inovatif yang menampilkan penapis vernier berasaskan cincin mikro, penapis yang memilih cahaya pada frekuensi tertentu untuk meningkatkan prestasi laser dan membolehkan kawalan panjang gelombang yang tepat.
Penapis membenarkan penalaan dinamik panjang gelombang laser 40 nm dalam kedua-dua jalur C dan L, yang melebihi laser gentian konvensional dalam kedua-dua penalaan dan metrik palsu spektrum rendah, sambil mengekalkan keserasian dengan proses pembuatan semikonduktor semasa. Reka bentuk ini menyokong pengelasan mod tunggal yang stabil dengan lebar talian intrinsik 50 Hz.
Dengan kuasa keluaran melebihi 10 mW dan nisbah penolakan mod sisi lebih besar daripada 70 dB, laser gentian berasaskan erbium skala cip mengatasi banyak laser konvensional. Lebar garisan yang sempit membolehkannya memancarkan cahaya tulen dan stabil, menjadikannya ideal untuk aplikasi yang koheren seperti penderiaan, giroskop, LIDAR dan metrologi frekuensi optik.
Mengecilkan dan menyepadukan laser gentian erbium ke dalam peranti berskala cip boleh menjadikannya lebih berpatutan, membuka aplikasi baharu untuk sistem mudah alih yang sangat bersepadu dalam elektronik pengguna, diagnostik perubatan dan telekomunikasi. Ia juga boleh mengecilkan teknologi optik dalam beberapa aplikasi lain, termasuk LIDAR, fotonik gelombang mikro, sintesis frekuensi optik dan komunikasi ruang bebas.