Yaqinda Nyu-York shahar universitetidan Qiu-Shi Guo va Kaliforniya texnologiya institutidan Alireza Marandi jamoasi Science jurnalida “Nanofotonik litiy niobatda ultra-ast rejimi qulflangan lazer” sarlavhali maqolani chop etdi. "Jamoa III-V yarimo'tkazgichlarning yuqori lazerli daromadini nozik plyonkali lityum niobatning mukammal elektro-optik xususiyatlari bilan birlashtirdi va gibrid integratsiya orqali yuqori impuls kuchiga ega elektr pompalanadigan rejim qulflangan lazerni yaratdi, bu takroriy takrorlanishga ega. 10 Gigagerts chastotasi 1065 nm yaqinida, optik impuls kengligi 4,8 ps, impuls energiyasi 5 pJ dan yuqori va eng yuqori quvvati 0,5 pJ pJ dan yuqori va tepalik quvvati 0,5 Vt dan katta. Bundan tashqari, uning lazer chiqishi puls energiyasi va eng yuqori quvvati nanofotonika platformasi ostida rejim qulflangan lazerlarning eng yuqori darajasiga yetdi.
Lityum niobat kristalli materiali nodir sun'iy kristall material bo'lib, u piezoelektrik, elektro-optik, akusto-optik, fotoelastik, chiziqli bo'lmagan, fotorefraktiv va lazer-aktiv effektlarni va boshqalarni birlashtiradi. Barqaror mexanik xususiyatlar, oson ishlov berish, yuqori haroratga chidamlilik afzalliklari bilan birga. , korroziyaga chidamlilik, mo'l-ko'l xom ashyo manbalari, past narx va katta kristallarga o'sishi oson, ayniqsa, turli xil dopantlarni amalga oshirgandan so'ng, turli xil maxsus xususiyatlarni ko'rsatishi mumkin, bu hozirgacha kashf etilgan eng keng qamrovli va keng qamrovli fotonik xususiyatlardir. . Bu hozirgacha odamlar tomonidan kashf etilgan eng fotonik xususiyatlarga va eng yaxshi keng qamrovli indekslarga ega bo'lgan kristall bo'lib, bozorda qo'llash istiqbollari juda keng. Shuning uchun u fotonik davrda "optik kremniy" materiali sifatida ham tanilgan va yuqori samarali filtrlar, elektro-optik qurilmalar, gologramma saqlash, 3D gologramma displeylar, chiziqli bo'lmagan optik qurilmalar va optik kvant aloqalarida keng qo'llaniladi.
Rejim blokirovka qilingan lazerlar pikosoniya va femtosekundlik vaqt shkalalarida intensiv, izchil, ultraqisqa optik impulslarni yaratishga qodir va shuning uchun ekstremal chiziqli bo'lmagan optika, optik atomik soatlar, optik chastotali taroqlar, bio-tasvirlar kabi zamonaviy sohalarda qo'llanilishi mumkin. va fotonik hisoblash. Biroq, joriy an'anaviy rejim qulflangan lazerlar yuqori narx, yuqori quvvat iste'moli va katta o'lchamdagi kamchiliklarga ega va III-V yarimo'tkazgichlarning lityum niobat nanofotonik platformalari bilan heterojen integratsiyasiga asoslangan rejim blokirovka qilingan lazerlar yuqori chiqish quvvatiga erishishi kutilmoqda. va yuqori sozlanishi, shuning uchun tegishli texnologiyalar tadqiqotchilarning katta e'tiborini tortdi.
Rejim qulflangan lazerlar sohasidagi texnologik muammoni hal qilishga qaratilgan tadqiqot guruhi III-V daromadli muhit va lityum niobat faza modulyatorini birlashtirish orqali an'anaviy rejim blokirovka qilingan lazerlarning o'lchamini cheklashdan o'tdi va rejimni blokirovka qiluvchi lazerlarni amalga oshirdi. o'lchamini chip darajasiga qisqartirganda mukammal ishlash bilan.
Rejim qulflangan lazerlarni ikkita mexanizmga bo'lish mumkin: passiv rejimni blokirovka qilish va faol rejimni blokirovka qilish. Quyidagi (A) rasmda ko'rsatilganidek, lazerning faol rejim blokirovkasini amalga oshirish uchun mualliflar lazer rezonans bo'shlig'i ichidagi yupqa plyonkali litiy niobatga asoslangan elektro-optik faza modulyatorini qo'shdilar; Litiy niobatning sinishi indeksi elektro-optik ta'sir ostida vaqti-vaqti bilan o'zgarib turadi, bu esa optik impulslarning bo'shliq ichidagi barqaror holatni saqlab qololmasligiga olib keladi, tadqiqot guruhi shuningdek, fazali modulyatsiya davri va dumaloq davr o'rtasida yaxshi moslikni ishlab chiqdi. bo'shliq ichidagi optik impulslarning harakat vaqti va fazali modulyatsiya vaqtiga yaxshi moslashish uchun dispersiyani ofsetlashdan foydalaniladi. Shu sababli, tadqiqot, shuningdek, fazali modulyatsiya vaqti va bo'shliqdagi optik impulsning aylanish vaqti o'rtasida yaxshi moslashishga erishish va dispersiyadan to'plangan chiyillashni bartaraf etish va optik impuls yo'qotilishini qoplash uchun mo'ljallangan. lazer daromadi, va nihoyat, quyidagi raqamlarda (BC) ko'rsatilgandek, fazani blokirovka qilishni amalga oshiring; amalga oshirilgan integratsiyalangan litiy niobat rejimi qulflangan on-chip lazer sxematik diagrammasi quyidagi rasmda ko'rsatilgan (D).
Rasm
Integratsiyalashgan lityum niobat rejimida qulflangan chipdagi lazerning ishlash printsipi va qurilma sxemasi.
Tadqiqot guruhining fikriga ko'ra, yuqori chiqish quvvati va aniq chastotani boshqarish qobiliyati bilan rejim qulflangan lazer to'liq chipda integratsiyalashgan ultra tezkor chiziqli bo'lmagan optik tizimni yaratishi kutilmoqda, shu bilan optik chastotali taroqlar, superkontinuum yorug'lik manbalari va atomik to'liq chastotali qulflangan soatlar. Bu optik aloqa, tibbiy tasvirlash, aniq o'lchash, hisoblash va boshqa sohalarning rivojlanishini sezilarli darajada osonlashtiradi. "Uzoq muddatda chipli rejimda qulflangan lazer izchil aloqa, vaqtni aniq belgilash va aniq o'lchash sohalarida almashtirib bo'lmaydigan ilovalarga ega bo'lishi mumkin."
Rasm.
Integratsiyalashgan faol rejim qulflangan lazerning joriy sozlash tahlili natijalari
Bundan tashqari, faol rejimni blokirovka qilish mexanizmlariga asoslangan an'anaviy qattiq holatda va tolali rejim blokirovka qilingan lazerlar faqat tashqi modulyatsiya chastotalarining cheklangan diapazonida rejimni blokirovka qilishga erishishi mumkin va tashqi modulyatsiya chastotasi tegishli diapazondan oshib ketganda, lazer chiqishi optik puls o'zining qat'iy fazaviy munosabatini yo'qotadi (ya'ni, u izchillikni yo'qotadi). Yuqoridagi rasmda ko'rsatilganidek, an'anaviy faol rejimli blokirovka qilingan lazerlar bilan solishtirganda, ushbu tadqiqotda amalga oshirilgan integratsiyalangan lityum niobat-chip rejimida qulflangan lazer impulslarni takrorlash chastotasining katta sozlanishi diapazoniga ega va kogerent optik impulslarni yaratishga qodir. 200 MGts modulyatsiya chastota diapazoni. Bundan tashqari, lazerning nasos oqimi yoki modulyatsiya chastotasini sozlash orqali impulsli lazerning tashuvchisi chastotasi va zarba takrorlash chastotasi sezilarli darajada o'zgarishi mumkin. Bu rejim qulflangan lazerni turli yo'llar bilan manipulyatsiya qilish mumkinligini anglatadi. Lazerning nasos oqimi yoki modulyatsiya chastotasini aniq nazorat qilish orqali lazerning zarba takrorlash chastotasi va tashuvchisi chastotasi aniq boshqarilishi mumkin, bu esa chastotani aniq nazorat qila oladigan optik chastota taroqini amalga oshirishi mumkin, bu aniq chastotali ilovalar uchun katta ahamiyatga ega. o'lchov.
An'anaviy yarimo'tkazgichli rejimda qulflangan lazerlar odatda bir xil yarimo'tkazgich chipida daromad mintaqasi va to'yingan absorberni (rejim qulflangan element) birlashtiradi. Tribo-besh yarimo'tkazgichning murakkab tashuvchisi dinamikasi tufayli lazer faqat yuqori quvvatli lazer chiqishini amalga oshirish uchun qulay bo'lmagan juda tor boshqariladigan nasos oqimi ishlaydigan mintaqada ultra qisqa puls hosil qilishi mumkin. Biroq, ushbu tadqiqot nozik plyonkali lityum niobatdan faol rejimni blokirovka qiluvchi element sifatida foydalanish orqali tribo-besh yarimo'tkazgichning yuqori quvvat ishlab chiqarish qobiliyatini to'liq ochib beradi.
Yupqa plyonkali lityum niobatning ajoyib xususiyatlariga asoslanib, jamoa yupqa plyonkali lityum niobat, integratsiyalashgan optika va chiziqli bo'lmagan optika sohalarida bir qator natijalarga erishdi. Misol uchun, yupqa plyonkali litiy niobat nanofotonikasining ikkinchi darajali chiziqli bo'lmagan optik effekti hozirgi kunga qadar integratsiyalashgan optik platformada eng tez (46 femtosekund), ultra past energiya (80 femtokinetik) to'liq optik kommutatsiyani namoyish qilish uchun ishlatilgan. Yupqa plyonkali lityum niobat platformasida biz juda yuqori daromadli (100 dB/sm) va juda katta o'tkazish qobiliyatiga ega (600 nm) optik parametrik kuchaytirgichni, chastotani sozlanishi mumkin bo'lgan optik parametrik osilatorning keng diapazoni va integratsiyalashgan optika sohasida hozirgi kunga qadar eng yuqori kvant siqish (4,9 dB).
Ian S. Osborne, Science muharriri tadqiqotni yuqori baholadi: "Rejim qulflangan lazerlar ultra tezkor ilm-fandagi ilg'or texnologiya bo'lib, ultra qisqa kogerent optik impulslar va aniq oraliqlar bilan chastota taroqlarini ta'minlaydi. III-V kuchaytiruvchi vositani integratsiyalashgan holda lityum niobat fazali modulyator yordamida biz an'anaviy rejim blokirovka qilingan lazerlarning o'lchamdagi cheklovlaridan o'tdik va chip shkalasiga kichraygan holda mukammal ishlashga ega bo'lgan rejim qulflangan lazerni amalga oshirdik.Ushbu tadqiqot natijalari zamonaviy texnologiyalarda amaliy qo'llanilishi kutilmoqda. aniq o'lchash va spektroskopiya kabi sohalar."
