لیزرهای با اندازه تراشه ممکن است جایگزین لیزرهای فیبر شوند؟

اخیراً، محققان دانشگاه پلی‌تکنیک فدرال لوزان (EPFL) یک لیزر موجبر دوپ شده با اربیوم یکپارچه با تراشه، نوع جدیدی از لیزر که عملکرد آن نزدیک به لیزرهای فیبری است، ایجاد کرده‌اند که قابلیت تنظیم و عملی بودن ادغام فوتونیک در مقیاس تراشه را ترکیب می‌کند. .
به خوبی شناخته شده است که لیزرهای فیبر از فیبرهای نوری آغشته به عناصر خاکی کمیاب به عنوان واسطه استفاده می کنند. بنابراین، در مقایسه با لیزرهای گازی مانند دی اکسید کربن، دارای مزایای کیفیت پرتو بالا، قدرت بالا، راندمان بالا، اندازه کوچک و ادغام بدون درز خروجی فیبر و پلت فرم های پردازش انعطاف پذیر هستند.
و برای پاسخگویی به تقاضا برای لیزرهای فیبری در مقیاس تراشه، محققان به اربیوم به عنوان محیط افزایش روی آوردند. لیزرهای فیبر مبتنی بر اربیوم بسیار امیدوارکننده هستند زیرا الزامات حفظ انسجام و پایداری بالا را برآورده می کنند. با این حال، کوچک‌سازی لیزرهای فیبر مبتنی بر اربیوم به دلیل دشواری حفظ عملکرد بالای منحصر به فرد آنها، مدت‌هاست که دستیابی به آن دشوار بوده است.
برای این منظور، محققان ابتدا یک حفره نوری روی تراشه به طول یک متر بر اساس مدار مجتمع فوتونی نیترید سیلیکون با تلفات بسیار کم ساختند. به گفته یانگ لیو، محقق آزمایشگاه فوتونیک و اندازه‌گیری‌های کوانتومی در École Polytechnique Fédérale de Lozanne: علیرغم اندازه تراشه فشرده، ما به لطف ادغام این میکروها توانستیم حفره لیزر را به طول یک متر طراحی کنیم. تشدید کننده های حلقه ای که به طور موثر مسیر نوری را بدون نیاز به دستگاه های تقویت کننده فیزیکی گسترش می دهند.
پیشرفت بزرگ! لیزرهای با اندازه تراشه ممکن است جایگزین لیزرهای فیبر شوند؟
سپس تیم، غلظت بالایی از یون‌های اربیوم را در مدار کاشت تا به طور انتخابی محیط بهره فعال مورد نیاز برای لیزر را تولید کند. در نهایت، آنها مدارها را با لیزرهای پمپ نیمه هادی III-V یکپارچه کردند تا یون های اربیوم را تحریک کنند تا بتوانند نور ساطع کنند و پرتو لیزر تولید کنند.
برای بهبود عملکرد لیزر و فعال کردن کنترل دقیق طول موج، محققان یک طرح ابتکاری درون حفره ای ابداع کردند که دارای یک فیلتر ورنیر مبتنی بر حلقه میکرو است، فیلتری که نور را در یک فرکانس خاص برای بهبود عملکرد لیزر و امکان کنترل دقیق طول موج را انتخاب می کند.
این فیلتر امکان تنظیم پویای طول موج لیزر 40 نانومتری را در هر دو باند C و L فراهم می‌کند، که از لیزرهای فیبر معمولی هم در تنظیم و هم در معیارهای کاذب طیفی کم، فراتر می‌رود و در عین حال سازگاری با فرآیندهای تولید نیمه‌رسانای فعلی را حفظ می‌کند. این طراحی از لیزر تک حالته پایدار با پهنای خط ذاتی 50 هرتز پشتیبانی می کند.
با توان خروجی بیش از 10 مگاوات و نسبت دفع حالت جانبی بیشتر از 70 دسی بل، لیزر فیبر مبتنی بر اربیوم در مقیاس تراشه از بسیاری از لیزرهای معمولی بهتر عمل می کند. پهنای خط باریک آنها به آنها اجازه می دهد تا نور خالص و پایداری ساطع کنند و آنها را برای کاربردهای منسجمی مانند سنجش، ژیروسکوپ، LIDAR و مترولوژی فرکانس نوری ایده آل می کند.
کوچک کردن و ادغام لیزرهای فیبر اربیوم در دستگاه‌های در مقیاس تراشه می‌تواند آنها را مقرون به صرفه‌تر کند و کاربردهای جدیدی را برای سیستم‌های تلفن همراه بسیار یکپارچه در لوازم الکترونیکی مصرفی، تشخیص پزشکی و ارتباطات راه دور باز کند. همچنین می‌تواند فناوری‌های نوری را در چندین کاربرد دیگر از جمله LIDAR، فوتونیک مایکروویو، سنتز فرکانس نوری و ارتباطات فضای آزاد کوچک کند.