Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στις Ηνωμένες Πολιτείες ολοκλήρωσε επιτυχώς μια διδακτορική διατριβή: Titanium: Photonics Sapphire-on-Insulator για λέιζερ και ενισχυτές Sapphire-on-in-insulator για λέιζερ και ενισχυτές. Τα αποτελέσματα εισήγαγαν μια νέα διαδικασία: Titanium: Sapphire Photonics, η οποία μπορεί να επιτύχει ενίσχυση λέιζερ χαμηλού κατωφλίου και υψηλής ισχύος λέιζερ, παρέχοντας νέες δυνατότητες για την ανάπτυξη υψηλής ταχύτητας υπολογιστικής, επικοινωνίας δεδομένων και οπτικών αισθητήρων στο μέλλον.
Ερευνητικό υπόβαθρο
Η ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ έχει διαδραματίσει ζωτικό ρόλο στην επιστημονική έρευνα και τις βιομηχανικές εφαρμογές. Συγκεκριμένα, τα λέιζερ των λέιζερ Titanium Sapphire (Titanium: Sapphire, Ti: Sapphire) χρησιμοποιούνται ευρέως σε χτένες οπτικής συχνότητας, μικροσκοπία δύο φωτονίων και κβαντικά οπτικά πειράματα λόγω του εύρους και της συντονισμένης περιοχής τους. Ωστόσο, λόγω του μεγάλου μεγέθους, του υψηλού κόστους και της ανάγκης για πηγές φωτός αντλιών υψηλής ισχύος, η εφαρμογή παραδοσιακών λέιζερ ζαφείρι τιτανίου είναι πολύ περιορισμένη.
Από την επιφάνεια εργασίας στο τσιπ: Το τεχνολογικό άλμα των λέιζερ Sapphire τιτανίου
Τα λέιζερ Sapphire του Titanium έχουν καταλάβει από καιρό μια βασική θέση στην επιστημονική έρευνα λόγω της εξαιρετικής τους απόδοσης. Ωστόσο, τα παραδοσιακά συστήματα είναι μεγάλα και ακριβά και δεν μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες της φορητότητας και της μεγάλης κλίμακας ενσωμάτωσης. Η πλατφόρμα Photonic Ti: SAOI που αναπτύχθηκε από την ομάδα του Stanford χρησιμοποιεί μια ενιαία διαδικασία λεπτού φιλμ για την ενσωμάτωση του Sapphire τιτανίου σε ένα μονωτικό υπόστρωμα, επιτυγχάνοντας τρεις βασικές ανακαλύψεις:
1. Εξαιρετική ταλάντωση λέιζερ κατωφλίου
Δημιουργώντας μια κοιλότητα μικρο-αποχρωματισμού με χαμηλή απώλεια, οι ερευνητές έχουν επιτύχει ένα λέιζερ ζαφείρι τιτανίου που απαιτεί μόνο αντλία Milliwatt σε επίπεδο αντλίας αντλίας
2. Οπτικός ενισχυτής υψηλής ισχύος
Η ικανότητα περιορισμού του τρόπου λειτουργίας του κυματοδηγού TI: SAOI είναι αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερες από αυτές των παραδοσιακών συστημάτων, συνειδητοποιώντας τον πρώτο οπτικό ενισχυτή στερεάς κατάστασης με ένα μήκος κύματος λειτουργίας κάτω από 1 micron. Αυτός ο ενισχυτής μπορεί να ενισχύσει τους παλμούς picosecond σε μια μέγιστη ισχύ 1. 0 κιλοβάτ χωρίς παραμόρφωση.
3. Συντονισμένα ολοκληρωμένα λέιζερ
Η ερευνητική ομάδα έχει αναπτύξει με επιτυχία το πρώτο συντονισμένο ολοκληρωμένο λέιζερ Sapphire του τιτανίου και χρησιμοποίησε για πρώτη φορά τις πηγές φωτός αντλιών για πρώτη φορά. Αυτή η τεχνολογική ανακάλυψη αναμένεται να πραγματοποιήσει συστοιχίες λέιζερ LASPPHIRE σε μεγάλης κλίμακας, παρέχοντας νέες δυνατότητες για μελλοντικές οπτικές εφαρμογές υψηλής ποιότητας. Σημαντική πρόοδος στην κβαντική οπτική και τη μη γραμμική φωτονική
Εκτός από την ανάπτυξη της πλατφόρμας TI: SAOI, το χαρτί περιλαμβάνει επίσης αντίστροφη οπτική τεχνολογία σχεδιασμού βασισμένη στην φωτονική πλατφόρμα καρβιδίου πυριτίου (SIC). Ο αντίστροφος σχεδιασμός έχει φέρει επανάσταση στο πεδίο της φωτονικής, καθιστώντας δυνατή την αυτοματοποιημένη ανάπτυξη σύνθετων δομών. Ωστόσο, η εφαρμογή του αντίστροφου σχεδιασμού σε μη γραμμική φωτονική εξακολουθεί να βρίσκεται σε μικρή ηλικία.
Οι ερευνητές πέτυχαν κβαντική και κλασσική μη γραμμική παραγωγή φωτονίων σε νανο-οπτικές κοιλότητες καρβιδίου πυριτίου.
Η εποχή της φωτονικής ενσωμάτωσης: ευρείες προοπτικές για εμπορικές εφαρμογές
Η βασική συμβολή αυτής της έρευνας είναι η επίτευξη της μικροσκοπικοποίησης, του χαμηλού κόστους και της επεκτασιμότητας της τεχνολογίας λέιζερ Sapphire τιτανίου, παρέχοντας νέα εργαλεία για τις επιστημονικές και βιομηχανικές κοινότητες. TI: Η τεχνολογία SAOI παρουσιάζει ευρείες προοπτικές εφαρμογών σε πολλούς τομείς:
1. Οι χτένες οπτικής συχνότητας χρησιμοποιούνται για φασματική ανάλυση και μετρολογία υψηλής ακρίβειας.
2. Η βιο-οπτική απεικόνιση διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στις τεχνολογίες απεικόνισης υψηλής ανάλυσης όπως η μικροσκοπία δύο φωτονίων.
3. Η κβαντική επικοινωνία και ο υπολογισμός μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως κβαντικές πηγές φωτός για την επίτευξη αποτελεσματικότερης επεξεργασίας κβαντικών πληροφοριών.
