Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Stanford Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi, doktora tezini başarıyla tamamladı: Titanyum: Çip üstü lazerler ve amplifikatörler için Sapphire-On-Insulator fotonikleri. Sonuçlar yeni bir işlem sundu: Titanyum: Safir fotonikleri, çip üzerinde düşük eşikli lazer ve yüksek güçlü lazer amplifikasyonu elde edebilen ve gelecekte yüksek hızlı bilgi işlem, veri iletişimi ve optik sensörlerin geliştirilmesi için yeni olanaklar sağlayabilir.
Araştırma arka planı
Lazer teknolojisinin geliştirilmesi bilimsel araştırma ve endüstriyel uygulamalarda hayati bir rol oynamıştır. Özellikle, titanyum safir (Titanyum: Safir, TI: Safir) lazerler, optik frekans taraklarında, iki foton mikroskopi ve ultra geniş bant genişliği ve ayarlanabilir aralıklarından dolayı kuantum optik deneylerinde yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, büyük boyutları, yüksek maliyetleri ve yüksek güçlü pompa ışık kaynaklarına duyulan ihtiyaç nedeniyle, geleneksel titanyum safir lazerlerin uygulanması büyük ölçüde sınırlıdır.
Masaüstünden çipe: Titanyum safir lazerlerin teknolojik sıçraması
Titanyum safir lazerler, mükemmel performansları nedeniyle bilimsel araştırmalarda uzun zamandır temel bir pozisyonda bulunmuştur. Bununla birlikte, geleneksel sistemler büyük ve pahalıdır ve taşınabilirlik ve büyük ölçekli entegrasyon ihtiyaçlarını karşılayamaz. Stanford ekibi tarafından geliştirilen TI: SAOI fotonik platformu, Titanyum Sapphire'ı bir yalıtım substratına entegre etmek için tek bir kristal ince film işlemi kullanır ve üç temel atılım elde eder:
1. ultra düşük eşik lazer salınımı
Araştırmacılar, düşük kayıplı fısıltılı-gallery-modu mikro-rezonant boşluk oluşturarak, sadece miliwatt seviyeli pompa gücü gerektiren bir titanyum safir lazer elde ettiler
2. Yüksek güçlü optik amplifikatör
Ti: Saoi dalga kılavuzunun mod hapsetme kapasitesi, geleneksel sistemlerden daha yüksek büyüklük sıralarıdır ve 1 mikronun altında çalışma dalga boyuna sahip dünyanın ilk katı hal optik amplifikatörünü gerçekleştirir. Bu amplifikatör, pikosaniye darbelerini, distorsiyon olmadan 0 kilowatt'ın tepe gücüne yükseltebilir.
3. Ayarlanabilir entegre lazerler
Araştırma ekibi, dünyanın ilk ayarlanabilir entegre titanyum safir lazeri başarıyla geliştirdi ve ilk kez pompa ışık kaynakları olarak düşük maliyetli yeşil lazer diyotları kullandı. Bu teknolojik atılımın, gelecekteki üst düzey optik uygulamalar için yeni olanaklar sağlayarak büyük ölçekli titanyum safir lazer dizilerinin gerçekleştirilmesi bekleniyor. Kuantum optik ve doğrusal olmayan fotoniklerde büyük ilerleme
TI: SAOI platformunun geliştirilmesine ek olarak, kağıt ayrıca Silikon Karbür (SIC) fotonik platformuna dayanan ters tasarım optik teknolojisini de içerir. Ters tasarım, fotonik alanında devrim yarattı ve karmaşık yapıların otomatik gelişimini mümkün kıldı. Bununla birlikte, doğrusal olmayan fotoniklerde ters tasarımın uygulanması hala bebeklik dönemindedir.
Araştırmacılar silikon karbür nano-optik boşluklarda kuantum ve klasik doğrusal olmayan foton üretimi elde ettiler.
Fotonik entegrasyon dönemi: ticari uygulamalar için geniş beklentiler
Bu araştırmanın temel katkısı, bilimsel ve endüstriyel topluluklar için yeni araçlar sağlayarak titanyum safir lazer teknolojisinin minyatürleştirilmesi, düşük maliyeti ve ölçeklenebilirliğini elde etmektir. TI: SAOI teknolojisi birçok alanda geniş uygulama beklentileri gösterir:
1. Optik frekans tarakları yüksek hassasiyetli spektral analiz ve metroloji için kullanılır.
2. Biyo-optik görüntüleme, iki foton mikroskopi gibi yüksek çözünürlüklü görüntüleme teknolojilerinde önemli bir rol oynamaktadır.
3. Kuantum iletişimi ve bilgi işlem, daha verimli kuantum bilgi işleme elde etmek için kuantum ışık kaynakları olarak kullanılabilir.
