Ħarsa ġenerali Lejżers irrevoluzzjonaw id-dinja mis-sittinijiet u issa huma għodda indispensabbli f'applikazzjonijiet moderni, minn kirurġija avvanzata u manifattura ta 'preċiżjoni sa trasmissjoni ta' data bil-fibra ottika. Madankollu, hekk kif id-domanda għall-applikazzjonijiet tal-lejżer tikber, jinqalgħu wkoll sfidi. Pereżempju, is-suq tal-lejżers tal-fibra qed jespandi, u bħalissa jintużaw prinċipalment f'applikazzjonijiet industrijali ta 'qtugħ, iwweldjar u immarkar. Lejżers tal-fibra jużaw fibri ottiċi drogati b'elementi ta 'earth rari (erbju, itterbju, neodimju, eċċ.) bħala l-mezz ta' gwadann ottiku. Lejżers tal-fibra jipproduċu raġġi ta 'kwalità għolja, qawwa għolja tal-ħruġ, effiċjenza għolja, spejjeż ta' manutenzjoni baxxi, u durabilità, u ġeneralment huma iżgħar minn lejżers tal-gass. Lejżers tal-fibra huma wkoll l-"istandard tad-deheb" għal storbju ta 'fażi baxxa, li jfisser li r-raġġi tagħhom jistgħu jibqgħu stabbli għal żmien twil. Minkejja dan, hemm domanda dejjem tikber għal minjaturizzazzjoni tal-lasers tal-fibra fuq skala taċ-ċippa. Lejżers tal-fibra bbażati fuq l-erbju huma ta 'interess partikolari minħabba li jissodisfaw ir-rekwiżiti kollha għaż-żamma ta' koerenza għolja u stabbiltà tal-lejżer. Madankollu, kif tinżamm il-prestazzjoni tal-lejżers tal-fibra fuq skala żgħira dejjem kienet sfida għall-lasers tal-fibra minjaturizzati.
Issa, tim ta’ xjenzati mmexxi minn Dr Yang Liu u l-Professur Tobias Kippenberg fl-EPFL ħoloq l-ewwel laser waveguide doped erbju integrat bi ċippa li joqrob lejn il-prestazzjoni tal-lejżers tal-fibra filwaqt li jgħaqqad tunability ta’ wavelength wiesa’ mal-prattiċità tal-fotonika fuq skala taċ-ċippa. integrazzjoni. L-istudju ġie ppubblikat f'Nature Photonics.
Immaġni ta 'lejżer ta' l-erbju integrat ibridu ppakkjat kompletament ibbażat fuq ċippa integrata fotonika tan-nitrur tas-silikon, li tipprovdi koerenza tal-laser tal-fibra u sintonizzazzjoni tal-frekwenza li qabel ma tistax tintlaħaq. Sors: Andrea Bancora u Yang Liu (EPFL).
Fabbrikazzjoni ta 'laser fuq skala taċ-ċippa
Ir-riċerkaturi żviluppaw laser erbium fuq skala taċ-ċippa bl-użu ta 'proċessi ta' fabbrikazzjoni ta 'l-aktar avvanzata. L-ewwel bnew kavità ottika fuq ċippa twila ta 'metru (sett ta' mirja li jipprovdu feedback ottiku) fuq ċippa integrata fotonika tan-nitrur tas-silikon b'telf ultra baxx. "Minkejja d-daqs żgħir taċ-ċippa, stajna niddisinjaw il-kavità tal-lejżer biex tkun twila metru, grazzi għall-integrazzjoni ta 'dawn ir-resonaturi mikro-toqba, li jestendu b'mod effettiv il-mogħdija ottika mingħajr ma tkabbar fiżikament l-apparat," qal Dr. Yang Liu. It-tim imbagħad impjanta konċentrazzjoni għolja ta 'jonji ta' l-erbju fiċ-ċippa biex jipproduċi b'mod selettiv il-mezz ta 'qligħ attiv meħtieġ għall-lasing. Fl-aħħarnett, integraw iċ-ċirkwit b'lejżer tal-pompa tas-semikondutturi III-V biex eċitati l-joni tal-erbju, u b'hekk iwassluhom biex jarmu dawl u jipproduċu raġġ tal-lejżer.
Figura 1: Lejżer Er:Si3N4 integrat ibridu. Sors: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji et al., "A fully hybrid integrated erbium-based laser", Nature Photonics (2024). Biex jirfinaw il-prestazzjoni tal-lejżer u jippermettu kontroll preċiż tal-wavelength, ir-riċerkaturi fasslu disinn innovattiv ta 'intrakavità bl-użu ta' filtru Vernier ibbażat fuq mikropori, filtru ottiku li kapaċi jagħżel frekwenzi tad-dawl speċifiċi. Dan il-filtru jista 'jaġġusta dinamikament il-wavelength tal-lejżer fuq firxa wiesgħa, u jagħmilha versatili u adattata għal varjetà ta' applikazzjonijiet. Dan id-disinn jappoġġja lejżers ta 'modalità waħda stabbli b'wisa' tal-linja intrinsika ta '50 Hz biss.
Għandu wkoll soppressjoni sinifikanti tal-modalità tal-ġenb - il-lejżer huwa kapaċi jarmu dawl bi frekwenza waħda u stabbli filwaqt li jimminimizza l-intensità ta 'frekwenzi oħra ("modi tal-ġenb"). Dan jiżgura output "nadif" u stabbli tul il-firxa spettrali kollha għal applikazzjonijiet ta 'preċiżjoni għolja.
Figura 2: Lejżer Er:Si3N4vernier integrat ibridu li jaħdem f'lasing b'mod wieħed. Sors: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji et al., "Lejżer ibridu bbażat fuq l-erbju integrat," Nature Photonics (2024). Qawwa, preċiżjoni, stabbiltà, u ħsejjes baxxi Il-laser tal-fibra tal-erbju fuq skala taċ-ċippa għandu qawwa tal-ħruġ ta 'aktar minn 10 mW u proporzjon ta' soppressjoni tal-modalità tal-ġenb ta 'aktar minn 70 dB, li huwa aħjar minn ħafna sistemi konvenzjonali. Għandha wkoll linja dejqa ħafna, li jfisser li d-dawl li jarmi huwa pur u stabbli ħafna, li huwa importanti għal applikazzjonijiet koerenti bħal sensing, gyroscopes, lidar, u metroloġija ta 'frekwenza ottika. Il-filtru Vernier bbażat fuq il-mikrotoqba jagħti lill-laser tunability ta' wavelength wiesa' ta' 40 nm fil-band C u L-band (il-medda tal-wavelength użata għat-telekomunikazzjonijiet), jaqbeż lejżers tal-fibra konvenzjonali fl-irfinar u spurs spettrali baxxi ("spurs" huma frekwenzi mhux mixtieqa ) filwaqt li jibqgħu kompatibbli mal-proċessi attwali tal-manifattura tas-semikondutturi.
Figura 3: Dimostrazzjoni tal-irfinar tal-broadband tal-wavelength tal-lejżer. Sors: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji, et al., "Lejżer ibridu bbażat fuq l-erbju integrat," Nature Photonics (2024). Lejżers tal-ġenerazzjoni li jmiss
Il-miniaturizzazzjoni u l-integrazzjoni tal-lejżers tal-fibra tal-erbju f'apparati fuq skala taċ-ċippa jistgħu jnaqqsu l-ispiża ġenerali tagħhom, u jagħmluhom utli għal sistemi portabbli u integrati ħafna fit-telekomunikazzjonijiet, id-dijanjostika medika u l-elettronika tal-konsumatur.
Figura 4: Karatterizzazzjoni tal-ħoss tal-laser integrata bis-sħiħ u EDWL. Sors: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji et al, "Lejżer ibridu bbażat fuq l-erbju integrat," Nature Photonics (2024). Jista 'wkoll inaqqas it-teknoloġija ottika għal varjetà ta' applikazzjonijiet oħra, bħal LIDAR, fotonika microwave, sintesi tal-frekwenza ottika, u komunikazzjonijiet fl-ispazju ħieles. jgħid Dr Yang Liu, "Iż-żoni ta 'applikazzjoni għal dan il-laser integrat ġdid drogat bl-erbju huma prattikament illimitati."
