En hög prestandaultrasnabb laserstorleken på en fingertopp
Enligt en ny omslagsartikel publicerad i tidskriften Science har forskare vid City University of New York visat ett nytt sätt att skapa högpresterandeultrasnabba lasrarpå nanofotonik. Denna miniatyriserade modlåstalaseravger en serie ultrakorta koherenta ljuspulser med femtosekundsintervall (triljondels sekund).
Ultrasnabbt läge låstlasrarkan hjälpa till att låsa upp hemligheterna bakom naturens snabbaste tidsskalor, såsom bildandet eller brytandet av molekylära bindningar under kemiska reaktioner, eller utbredning av ljus i turbulenta medier. Den höga hastigheten, maximala pulsintensiteten och det breda spektrumet hos modlåsta lasrar möjliggör också många fotontekniker, inklusive optiska atomklockor, biologisk avbildning och datorer som använder ljus för att beräkna och bearbeta data.
Men de mest avancerade modlåsta lasrarna är fortfarande extremt dyra, strömkrävande stationära system som är begränsade till laboratorieanvändning. Målet med den nya forskningen är att omvandla detta till ett chipstort system som kan massproduceras och driftsättas ute i fält. Forskarna använde en ny materialplattform av tunnfilmslitiumniobat (TFLN) för att effektivt forma och exakt kontrollera laserpulser genom att applicera externa radiofrekventa elektriska signaler på den. Teamet kombinerade den höga laserförstärkningen hos klass III-V-halvledare med de effektiva pulsformningsmöjligheterna hos TFLN-nanoskaliga fotoniska vågledare för att utveckla en laser som avger en hög toppeffekt på 0,5 watt.
Förutom sin kompakta storlek, som är lika stor som en fingertopp, uppvisar den nyligen demonstrerade modlåsta lasern också ett antal egenskaper som traditionella lasrar inte kan uppnå, såsom förmågan att exakt justera repetitionsfrekvensen för utpulsen över ett brett intervall på 200 megahertz bara genom att justera pumpströmmen. Teamet hoppas kunna uppnå en chip-skalig, frekvensstabil kamkälla genom laserns kraftfulla omkonfiguration, vilket är avgörande för precisionsavkänning. Praktiska tillämpningar inkluderar användning av mobiltelefoner för att diagnostisera ögonsjukdomar, eller för att analysera E. coli och farliga virus i livsmedel och miljö, och för att möjliggöra navigering när GPS är skadad eller inte tillgänglig.
Publiceringstid: 30 januari 2024