Laseri veličine čipa mogu zamijeniti vlaknaste lasere?

Nedavno su istraživači s École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) razvili valovodni laser dopiran erbijem integriran u čip, novu vrstu lasera čija je izvedba bliska onoj lasera s vlaknima, kombinirajući mogućnost podešavanja i praktičnost fotonske integracije na razini čipa .
Dobro je poznato da vlaknasti laseri koriste optička vlakna dopirana elementima rijetke zemlje kao medij za pojačanje. Stoga, u usporedbi s plinskim laserima kao što je ugljikov dioksid, oni imaju prednosti visoke kvalitete zrake, velike snage, visoke učinkovitosti, male veličine i besprijekorne integracije izlaza vlakana i fleksibilnih platformi za obradu.
A kako bi zadovoljili potražnju za optičkim laserima veličine čipa, istraživači su se okrenuli erbiju kao mediju pojačanja. Vlaknasti laseri na bazi erbija posebno su obećavajući jer ispunjavaju zahtjeve održavanja visoke koherencije i stabilnosti. Međutim, dugo je bilo teško postići minijaturizaciju vlaknastih lasera na bazi erbija zbog poteškoća u održavanju njihove jedinstvene visoke učinkovitosti.
U tu svrhu, istraživači su prvo konstruirali metar dugu optičku šupljinu na čipu temeljenu na fotonskom integriranom krugu silicij nitrida s ultra malim gubicima. Prema Yangu Liuu, istraživaču u Laboratoriju za fotoniku i kvantna mjerenja na École Polytechnique Fédérale de Lausanne: Unatoč kompaktnoj veličini čipa, uspjeli smo dizajnirati lasersku šupljinu na metar dugu duljinu zahvaljujući integraciji ovih mikro -prstenasti rezonatori, koji učinkovito proširuju optički put bez potrebe za fizičkim uređajima za pojačalo.
Veliki napredak! Laseri veličine čipa mogu zamijeniti fiber lasere?
Tim je zatim implantirao visoku koncentraciju erbijevih iona u strujni krug kako bi se selektivno generirao medij s aktivnim pojačanjem potreban za laser. Konačno, integrirali su krugove s III-V poluvodičkim laserima za pumpanje kako bi pobudili ione erbija kako bi mogli emitirati svjetlost i proizvesti lasersku zraku.
Kako bi poboljšali rad lasera i omogućili preciznu kontrolu valne duljine, istraživači su osmislili inovativni intrakavitetni dizajn koji sadrži vernier filtar na bazi mikroprstena, filter koji odabire svjetlost na određenoj frekvenciji kako bi poboljšao rad lasera i omogućio preciznu kontrolu valne duljine.
Filtar omogućuje dinamičko ugađanje valne duljine lasera od 40 nm u C- i L-pojasima, što nadmašuje konvencionalne vlaknaste lasere u ugađanju i niskospektralnoj lažnoj metrici, dok zadržava kompatibilnost s trenutnim procesima proizvodnje poluvodiča. Dizajn podržava stabilno single-mode laseriranje s intrinzičnom širinom linije od 50 Hz.
S izlaznom snagom većom od 10 mW i omjerom odbijanja bočnog načina rada većim od 70 dB, vlaknasti laser na bazi erbija na čipu nadmašuje mnoge konvencionalne lasere. Njihova uska širina linije omogućuje im emitiranje čiste i stabilne svjetlosti, što ih čini idealnim za koherentne primjene kao što su senzori, žiroskopi, LIDAR i optičko frekvencijsko mjeriteljstvo.
Smanjenje veličine i integracija lasera s erbijevim vlaknima u uređaje veličine čipa može ih učiniti pristupačnijim, otvarajući nove aplikacije za visoko integrirane mobilne sustave u potrošačkoj elektronici, medicinskoj dijagnostici i telekomunikacijama. Također bi mogao smanjiti optičke tehnologije u nekoliko drugih aplikacija, uključujući LIDAR, mikrovalnu fotoniku, sintezu optičkih frekvencija i komunikacije u slobodnom prostoru.