Nyligen har forskare vid Stanford University gjort ett genombrott inom lasertillverkning.
De har framgångsrikt utvecklat och tillverkat en titansafirlaser på ett chip, en innovation som inte bara minskar storleken på lasern med fyra storleksordningar (dvs till en tiotusendel av den ursprungliga storleken), utan också minskar kostnaden med tre storleksordningar (dvs. till endast en tusendel av det ursprungliga priset).
"Detta är ett störande genombrott i det traditionella paradigmet," entusiasmerar Prof. Jelena Vuckovic, professor i globalt ledarskap och en ledande auktoritet inom elektroteknik. Som seniorförfattare till artikeln som beskriver denna titansafirlaser i chipsskala i tidskriften Nature, är hon exalterad över framtiden: "Snart kommer vilket labb som helst att kunna ha hundratals av dessa högpresterande lasrar på ett enda chip istället att förlita sig på skrymmande och dyr konventionell utrustning. Det kommer också att vara otroligt lätt att använda, och det kommer till och med att vara möjligt att köra det med en grön laserpekare.
Joshua Yang, en Ph.D. kandidat i labbet, vidareutvecklar de långtgående implikationerna av denna teknik, "Dessa kraftfulla lasrar kommer att kunna användas i en mängd olika viktiga applikationer till en bråkdel av kostnaden när vi går över från stationära enheter till att göra produktionsfärdiga produkter på ett chip." Han arbetade med denna banbrytande forskning med kollegor i Prof. Vuckovics Nanoscale and Quantum Photonics Laboratory, inklusive forskningsingenjör Kasper Van Gasse och postdoktor Daniil M. Lukin.
Tekniskt sett är titan safir lasrar gynnade eftersom de har den största "gain bandwidth" av någon laserkristall. Detta innebär att titan safir lasrar kan producera ett bredare spektrum av våglängder än andra lasrar. Dessutom sänds deras ljuspulser ut extremt snabbt, en gång var triljondels sekund. Dessa utmärkta prestandaegenskaper kommer utan tvekan att bidra i hög grad till den utbredda tillämpningen och djupgående utvecklingen av laserteknologi inom olika områden.
För att bygga den här nya typen av laser täckte de först exakt ett lager av äkta safirkristaller med ett lager av titan safir på en kiseldioxidplattform. Titansafiren maldes sedan fint, etsades och polerades och reducerades till ett ultratunt lager bara några hundra nanometer tjockt. Omedelbart därefter mönstrade teamet noggrant vågledaren i detta ultratunna materiallager.
Denna miniatyriserade design erbjuder betydande fördelar. Ur en matematisk synvinkel är intensitet förhållandet mellan effekt och area. Sålunda, samtidigt som den bibehåller samma effekt som en storskalig laser, kommer laserns intensitet att ökas avsevärt på grund av den minskade arean. Forskarna noterade, "Den lilla storleken på lasern hjälper oss faktiskt att förbättra effektiviteten."
Dessutom, för att ytterligare förbättra laserns prestanda, inkorporerade forskargruppen en miniatyrvärmare. Den här värmaren värmer ljuset som passerar genom vågledaren, vilket ger Jelena Vuckovics team flexibiliteten att justera våglängden på det emitterade ljuset mellan 700-1000 nanometer.
Denna titansafirlaser på ett mikrochip visar lovande tillämpningar inom flera områden. Inom kvantfysik erbjuder den en billig och praktisk lösning för att minska toppmoderna kvantdatorer. Och inom området neurovetenskap förutser Stanford-forskare dess direkta tillämpning inom optogenetik, ett område som gör det möjligt för forskare att kontrollera och påverka neuronaktivitet inuti hjärnan genom ljus, trots den relativa volymen hos de fiberoptiska enheter som för närvarande används allmänt.
Framöver kommer teamet att fortsätta att förfina designen av titansafirlasrarna i chipsskala och utforska möjligheten att masstillverka dem på wafers, tusentals lasrar åt gången. I sommar kommer Joshua Yang att doktorera baserat på denna forskning och arbeta för att få ut denna teknik på marknaden. Vi kan sätta tusentals lasrar på en 4-tums skiva, och kostnaden per laser kommer att vara nära noll", säger han självsäkert. Detta kommer utan tvekan att utlösa en teknisk revolution."
Översatt med www.DeepL.com/Translator (gratisversion)
