Onlangs heeft een onderzoeksteam aan de Stanford University in de Verenigde Staten met succes een proefschrift voltooid: Titanium: Sapphire-on-Insulator Photonics voor on-chip lasers en versterkers. De resultaten introduceerden een nieuw proces: Titanium: Sapphire Photonics, die een laser met laser en hoogkrachtige laserversterking kunnen bereiken, waardoor nieuwe mogelijkheden bieden voor de ontwikkeling van high-speed computing, gegevenscommunicatie en optische sensoren in de toekomst.
Onderzoeksachtergrond
De ontwikkeling van lasertechnologie heeft een cruciale rol gespeeld in wetenschappelijk onderzoek en industriële toepassingen. In het bijzonder worden titaniumsaffier (Titanium: Sapphire, TI: Sapphire) lasers op grote schaal gebruikt in optische frequentiekammen, twee-fotonenmicroscopie en kwantumoptische experimenten vanwege hun ultra-brede bandbreedte en afstelbaar bereik. Vanwege hun grote omvang, hoge kosten en de behoefte aan krachtige bronnen van pomplicht, is de toepassing van traditionele titanium saffier lasers echter zeer beperkt.
Van desktop tot chip: de technologische sprong van titanium saffier lasers
Titanium saffier lasers hebben al lang een kernpositie in wetenschappelijk onderzoek bezet vanwege hun uitstekende prestaties. Traditionele systemen zijn echter groot en duur en kunnen niet voldoen aan de behoeften van draagbaarheid en grootschalige integratie. Het TI: Saoi Photonic Platform ontwikkeld door het Stanford -team maakt gebruik van een enkel kristal dun filmproces om titaniumsaffier te integreren op een isolerend substraat, waardoor drie belangrijke doorbraken worden bereikt:
1. Ultra-lage drempel laser-oscillatie
Door het creëren van een low-loss fluisterende gallery-mode micro-resonante holte, hebben onderzoekers een titanium saffierlaser bereikt die alleen pompkracht op het milliwatt-niveau vereist
2. High-Power optische versterker
De modusbeperking van de Ti: Saoi-golfgeleider is verschillende orden van grootte hoger dan die van traditionele systemen, waardoor 's werelds eerste optische versterker ter wereld wordt gerealiseerd met een operationele golflengte onder 1 micron. Deze versterker kan picoseconde pulsen versterken tot een piekvermogen van 1. 0 kilowatt zonder vervorming.
3. Instelbare geïntegreerde lasers
Het onderzoeksteam heeft met succes 's werelds eerste instelbare geïntegreerde titanium saffierlaser ontwikkeld en voor het eerst goedkope groene laserdioden gebruikt als pomplichtbronnen. Deze technologische doorbraak zal naar verwachting grootschalige titanium saffier laserarrays realiseren, die nieuwe mogelijkheden biedt voor toekomstige high-end optische toepassingen. Grote vooruitgang in kwantumoptica en niet -lineaire fotonica
Naast de ontwikkeling van het TI: SAOI -platform, omvat het papier ook inverse ontwerpoptische technologie op basis van het fotonische platform van Silicon Carbide (SIC). Inverse ontwerp heeft een revolutie teweeggebracht in het veld van fotonica, waardoor de geautomatiseerde ontwikkeling van complexe structuren mogelijk is. De toepassing van omgekeerd ontwerp in niet -lineaire fotonica staat echter nog in de kinderschoenen.
De onderzoekers bereikten kwantum- en klassieke niet-lineaire fotongeneratie in siliciumcarbide nano-optische holtes.
Het tijdperk van fotonische integratie: brede vooruitzichten voor commerciële toepassingen
De kernbijdrage van dit onderzoek is het bereiken van de miniaturisatie, lage kosten en schaalbaarheid van titanium saffier lasertechnologie, die nieuwe tools biedt voor de wetenschappelijke en industriële gemeenschappen. TI: SAOI -technologie toont brede toepassingsperspectieven op vele gebieden:
1. Optische frequentiekammen worden gebruikt voor spectrale analyse en metrologie met een zeer nauwkeurige.
2. Bio-optische beeldvorming speelt een belangrijke rol bij beeldvormingstechnologieën met hoge resolutie zoals twee-fotonenmicroscopie.
3. Kwantumcommunicatie en computergebruik kunnen worden gebruikt als kwantumlichtbronnen om een efficiëntere kwantuminformatieverwerking te bereiken.
