Il-lejżers irrevoluzzjonaw id-dinja mis-sittinijiet u issa huma għodda indispensabbli għal applikazzjonijiet moderni li jvarjaw minn kirurġija avvanzata u manifattura ta 'preċiżjoni sa trasmissjoni ta' data bil-fibra ottika.
Iżda hekk kif id-domanda għall-applikazzjonijiet tal-lejżer tikber, hekk ukoll l-isfidi. Pereżempju, hemm suq li qed jikber għal-lejżers tal-fibra, li issa jintużaw primarjament f'applikazzjonijiet ta 'qtugħ, iwweldjar u immarkar industrijali.
Lejżers tal-fibra jużaw fibri ottiċi drogati b'elementi ta 'earth rari (erbju, itterbju, neodimju, eċċ.) Bħala sors ta' gwadann ottiku (il-parti li tipproduċi d-dawl tal-lejżer). Lejżers tal-fibra jarmu raġġi ta 'kwalità għolja b'qawwa għolja ta' ħruġ, effiċjenza għolja, manutenzjoni baxxa, durabilità, u huma tipikament 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 jkunu stabbli fuq perjodi twal ta' żmien.
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 biex iżommu l-koerenza u l-istabbiltà tal-lejżer għolja. Madankollu, kif tinżamm il-prestazzjoni tal-lejżers tal-fibra fuq skali żgħar kienet sfida għal lejżers tal-fibra minjaturizzati.
Issa, xjenzati mmexxija minn Dr Yang Liu u Prof Tobias Kippenberg fl-EPFL iffabbrikaw l-ewwel lejżers waveguide drogati bl-erbju integrati bi ċippa bi prestazzjoni qrib dik tal-lejżers tal-fibra, filwaqt li jgħaqqdu l-utilità ta 'tunability ta' wavelength wiesgħa u fotonika fuq skala taċ-ċippa. integrazzjoni. L-istudju ġie ppubblikat f'Nature Photonics.
Bini ta 'lasers fuq skala taċ-ċippa
Ir-riċerkaturi żviluppaw lejżers tal-erbju fuq skala taċ-ċippa bl-użu ta 'proċessi ta' fabbrikazzjoni avvanzati. L-ewwel bnew kavità ottika fuq iċ-ċippa twila metru (sett ta 'mirja li jipprovdu feedback ottiku) ibbażat fuq ċirkwit integrat fotoniku ta' nitrur tas-silikon b'telf ultra baxx.
Dr Yang Liu qal, "Minkejja d-daqs ta 'ċippa kompatta, stajna niddisinjaw il-kavità tal-lejżer biex tkun twila metru grazzi għall-integrazzjoni ta' dawn ir-resonaturi microvia, li jestendu b'mod effettiv il-mogħdija ottika mingħajr ma tkabbar fiżikament l-apparat."
It-tim imbagħad impjanta konċentrazzjoni għolja ta 'jonji tal-erbju fiċ-ċirkwit biex jiġġenera b'mod selettiv il-mezz ta' gwadann attiv meħtieġ għall-lasing. Fl-aħħarnett, integraw iċ-ċirkwit b'lejżer ippumpjat b'semikondutturi tal-Grupp III-V biex eċitati l-joni tal-erbju biex jarmu d-dawl u jipproduċu raġġ tal-lejżer.
Biex jirfinaw il-prestazzjoni tal-lejżer u jiksbu kontroll preċiż tal-wavelength, ir-riċerkaturi fasslu disinn innovattiv ta 'intrakavità li fih filtru mikroporuż ibbażat fuq Vernier, filtru ottiku li jippermetti l-għażla ta' frekwenza ottika speċifika.
Dan il-filtru jippermetti l-irfinar dinamiku tal-wavelength tal-lejżer fuq firxa wiesgħa ta 'wavelengths, li jagħmilha versatili u adattata għal varjetà wiesgħa ta' applikazzjonijiet. Dan id-disinn jappoġġja lejżers ta 'modalità waħda stabbli b'wisa' ta 'linja interna impressjonanti dejqa ta' 50 Hz biss.
Jikkaratterizza wkoll soppressjoni sinifikanti tal-modalità tal-ġenb, fejn 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.
Immaġini ottika ta 'laser integrat ibridu bbażat fuq ċirkwit integrat fotoniku drogat bl-erbju, li joffri l-koerenza ta' laser tal-fibra u sintonizzazzjoni tal-frekwenza li qabel ma tistax tintlaħaq.
Qawwa, Preċiżjoni, Stabbiltà u Ħoss Baxx
Il-laser tal-fibra tal-erbju fuq skala taċ-ċippa għandu qawwa tal-ħruġ ta 'aktar minn 10 mW u proporzjon ta' rifjut tal-modalità tal-ġenb ta 'aktar minn 70 dB, li huwa superjuri għal ħafna sistemi konvenzjonali.
Għandha wkoll wisa 'tal-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 mikro-apertura jippermetti li l-lejżer ikollu tunability wiesgħa ta 'wavelength ta' 40 nm kemm fil-banda C kif ukoll fil-banda L (il-medda ta 'wavelength użata għat-telekomunikazzjoni), li jaqbeż il-lasers tal-fibra konvenzjonali kemm fl-irfinar kif ukoll f'spike spettrali baxx. metriċi ("spikes" huma frekwenzi mhux mixtieqa), filwaqt li fl-istess ħin ikunu kompatibbli mal-proċessi attwali tal-manifattura tas-semikondutturi jibqgħu kompatibbli.
Lejżers tal-Ġenerazzjoni li jmiss
Il-miniaturizzazzjoni u l-integrazzjoni tal-lejżers tal-fibra tal-erbju f'apparat fuq skala taċ-ċippa tnaqqas l-ispiża ġenerali tagħhom, u tippermettilhom li jintużaw f'sistemi portabbli u integrati ħafna fit-telekomunikazzjonijiet, id-dijanjostika medika u l-elettronika tal-konsumatur.
Jista 'wkoll inaqqas it-teknoloġija ottika għal varjetà ta' applikazzjonijiet oħra, bħal LIDAR, fotonika microwave, sintesi tal-frekwenza ottika u komunikazzjonijiet fl-ispazju ħieles.
