Nyligen avslutade ett forskargrupp vid Stanford University i USA framgångsrikt en doktorsavhandling: Titan: Sapphire-on-isolator fotonik för lasrar och förstärkare på chip. Resultaten introducerade en ny process: titan: Sapphire Photonics, som kan uppnå laser med låg tröskel och högeffektiva laserförstärkning, vilket ger nya möjligheter för utveckling av höghastighetsdator, datakommunikation och optiska sensorer i framtiden.
Forskningsbakgrund
Utvecklingen av laserteknologi har spelat en viktig roll i vetenskaplig forskning och industriella tillämpningar. I synnerhet används Titanium Sapphire (titan: safir, ti: safir) lasrar allmänt i optiska frekvenskammar, tvåfotonmikroskopi och kvantoptiska experiment på grund av deras ultravede bandbredd och inställningsvärd sortiment. På grund av deras stora storlek, höga kostnader och behovet av högeffektpumpljuskällor är emellertid tillämpningen av traditionella titans safirlasrar mycket begränsad.
Från skrivbord till chip: det tekniska språnget av titan Sapphire -lasrar
Titan Sapphire -lasrar har länge ockuperat en kärnposition i vetenskaplig forskning på grund av deras utmärkta prestanda. Traditionella system är emellertid stora och dyra och kan inte tillgodose behoven av portabilitet och storskalig integration. TI: SAOI -fotonplattformen utvecklad av Stanford -teamet använder en enda kristallt tunn filmprocess för att integrera titansafir på ett isolerande underlag och uppnå tre viktiga genombrott:
1. Ultra-Low Threshold Laser Oscillation
Genom att skapa en lågförlustviskande galleri-läge mikro-resonantkavitet har forskare uppnått en titan Sapphire-laser som bara kräver pumpkraft på Milliwatt-nivå
2. Högeffektsoptisk förstärkare
TI: SAOI-vågledarens lägesinneslutningsförmåga är flera storleksordningar högre än för traditionella system, vilket inser världens första fast tillståndsoptiska förstärkare med en driftsvåglängd under 1 mikron. Denna förstärkare kan förstärka pikosekundpulser till en toppeffekt på 1. 0 kilowatt utan distorsion.
3. Tunable Integrated Lasers
Forskningsteamet har framgångsrikt utvecklat världens första inställbara integrerade titan Sapphire Laser och använt lågkostnadsgröna laserdioder som pumpljuskällor för första gången. Detta tekniska genombrott förväntas realisera storskaliga titan Sapphire-laseruppsättningar, vilket ger nya möjligheter för framtida avancerade optiska applikationer. Stora framsteg inom kvantoptik och olinjär fotonik
Förutom utvecklingen av TI: SAOI -plattformen involverar papperet också invers designoptisk teknik baserad på Silicon Carbide (SIC) fotonisk plattform. Inversa design har revolutionerat fotonikområdet, vilket möjliggör den automatiska utvecklingen av komplexa strukturer. Tillämpningen av omvänd design i olinjär fotonik är dock fortfarande i sin barndom.
Forskarna uppnådde kvant- och klassisk olinjär fotongenerering i kiselkarbid nanooptiska hålrum.
ERA för fotonisk integration: breda framtidsutsikter för kommersiella applikationer
Kärnbidraget från denna forskning är att uppnå miniatyrisering, låg kostnad och skalbarhet för Titanium Sapphire Laser Technology, vilket ger nya verktyg för de vetenskapliga och industriella samhällena. TI: SAOI -teknik visar breda tillämpningsutsikter inom många områden:
1. Optiska frekvenskammar används för spektral analys och metrologi med hög precision.
2. Bio-optisk avbildning spelar en viktig roll i högupplösta bildteknologier som tvåfotonmikroskopi.
3. Kvantkommunikation och datoranvändning kan användas som kvantljuskällor för att uppnå effektivare kvantinformationsbehandling.
