Lazerlar 1960-yillardan beri dunyoda inqilob qildi va hozirda zamonaviy jarrohlik va aniq ishlab chiqarishdan tortib optik tolali ma'lumotlarni uzatishgacha bo'lgan zamonaviy ilovalar uchun ajralmas vositadir.
Ammo lazer ilovalariga talab ortib borayotgani sababli, qiyinchiliklar ham oshib bormoqda. Misol uchun, tolali lazerlar bozori o'sib bormoqda, ular hozirda asosan sanoat kesish, payvandlash va markalashda qo'llaniladi.
Fiber lazerlar optik daromad manbai (lazer nurini ishlab chiqaruvchi qism) sifatida noyob tuproq elementlari (erbiy, iterbiy, neodim va boshqalar) bilan qoplangan optik tolalardan foydalanadi. Elyaf lazerlari yuqori chiqish quvvati, yuqori samaradorlik, past texnik xizmat ko'rsatish, chidamlilik bilan yuqori sifatli nurlarni chiqaradi va odatda gaz lazerlariga qaraganda kichikroqdir. Elyaf lazerlar ham past fazali shovqin uchun "oltin standart" hisoblanadi, ya'ni ularning nurlari uzoq vaqt davomida barqaror bo'lishi mumkin.
Shunga qaramay, chipli tolali lazerlarni miniatyuralashtirishga talab ortib bormoqda. Erbium asosidagi tolali lazerlar alohida qiziqish uyg'otadi, chunki ular lazerning uyg'unligi va barqarorligini yuqori darajada saqlash uchun barcha talablarga javob beradi. Biroq, kichik miqyosda tolali lazerlarning ishlashini qanday saqlab qolish miniatyuralashtirilgan tolali lazerlar uchun qiyin bo'ldi.
Doktor Yang Liu va EPFL professori Tobias Kippenberg boshchiligidagi olimlar tolali lazerlarnikiga yaqin ishlashga ega boʻlgan birinchi chipga oʻrnatilgan erbiy qoʻshilgan toʻlqin uzatuvchi lazerlarni yaratdilar, shu bilan birga keng toʻlqin uzunligini sozlash va chip miqyosidagi fotonik imkoniyatlarini birlashtirib oldilar. integratsiya. Tadqiqot Nature Photonics jurnalida chop etildi.
Chip o'lchovli lazerlarni qurish
Tadqiqotchilar eng zamonaviy ishlab chiqarish jarayonlaridan foydalangan holda chip o'lchamli erbium lazerlarini ishlab chiqdilar. Ular birinchi navbatda ultra past yo'qotishli kremniy nitridi fotonik integral sxemasi asosida bir metr uzunlikdagi chip ustidagi optik bo'shliqni (optik qayta aloqani ta'minlaydigan ko'zgular to'plami) qurishdi.
Doktor Yang Liu shunday dedi: "Ixcham chip o'lchamiga qaramay, biz ushbu mikrovia rezonatorlarining integratsiyasi tufayli lazer bo'shlig'ini bir metr uzunlikda loyihalashtira oldik, bu esa qurilmani jismonan kattalashtirmasdan optik yo'lni samarali ravishda kengaytiradi".
Keyin jamoa lasing uchun zarur bo'lgan faol daromad muhitini tanlab yaratish uchun kontaktlarning zanglashiga olib, yuqori konsentratsiyali erbium ionlarini joylashtirdi. Nihoyat, ular erbium ionlarini yorug'lik chiqarish va lazer nurini hosil qilish uchun qo'zg'atish uchun III-V guruhli yarim o'tkazgichli nasosli lazer bilan sxemani birlashtirdilar.
Lazerning ish faoliyatini yaxshilash va to'lqin uzunligini aniq boshqarishga erishish uchun tadqiqotchilar ma'lum bir optik chastotani tanlashga imkon beruvchi mikro gözenekli Vernier asosidagi filtr, optik filtrga ega innovatsion bo'shliq dizaynini ishlab chiqdilar.
Ushbu filtr to'lqin uzunligining keng diapazonida lazer to'lqin uzunligini dinamik sozlash imkonini beradi, bu uni ko'p qirrali va turli xil ilovalar uchun mos qiladi. Ushbu dizayn ta'sirchan tor ichki chiziq kengligi atigi 50 Gts bo'lgan barqaror yagona rejimli lazerlarni qo'llab-quvvatlaydi.
Bundan tashqari, lazer boshqa chastotalarning intensivligini ("yon rejimlar") minimallashtirgan holda bitta barqaror chastotada yorug'lik chiqarishga qodir bo'lgan muhim yon rejimni bostirish xususiyatiga ega. Bu yuqori aniqlikdagi ilovalar uchun butun spektr oralig'ida "toza" va barqaror chiqishni ta'minlaydi.
Erbiy qo'shilgan fotonik integral sxemaga asoslangan gibrid integral lazerning optik tasviri, tolali lazerning uyg'unligini va ilgari erishib bo'lmaydigan chastotalarni sozlash imkonini beradi.
Quvvat, aniqlik, barqarorlik va past shovqin
Chip o'lchovli erbium tolali lazer 10 mVt dan ortiq chiqish quvvatiga ega va 70 dB dan ortiq yon rejimni rad etish nisbati ko'plab an'anaviy tizimlardan ustundir.
Bundan tashqari, u juda tor chiziq kengligiga ega, ya'ni u chiqaradigan yorug'lik juda sof va barqaror, bu zondlash, giroskoplar, LIDAR va optik chastota metrologiyasi kabi izchil ilovalar uchun muhimdir.
Mikro diafragmaga asoslangan Vernier filtri lazerga C diapazoni va L diapazoni (telekom uchun ishlatiladigan to'lqin uzunligi diapazoni)da 40 nm keng to'lqin uzunligini sozlash imkonini beradi, bu ham sozlashda, ham past spektrli spikeda an'anaviy tolali lazerlardan ustundir. ko'rsatkichlar ("shpiklar" - kiruvchi chastotalar), shu bilan birga joriy yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqarish jarayonlari bilan mos keladi.
Keyingi avlod lazerlari
Erbium tolali lazerlarni miniatyuralashtirish va chipli qurilmalarga integratsiyalash ularning umumiy narxini pasaytiradi, bu esa ularni telekommunikatsiya, tibbiy diagnostika va maishiy elektronikadagi portativ, yuqori darajada integratsiyalashgan tizimlarda qo'llash imkonini beradi.
Shuningdek, u LIDAR, mikroto'lqinli fotonik, optik chastota sintezi va bo'sh joy aloqalari kabi turli xil boshqa ilovalar uchun optik texnologiyani qisqartirishi mumkin.
