Pred kratkim so raziskovalci na univerzi Stanford naredili preboj na področju laserske proizvodnje.
Uspešno so razvili in izdelali titanov safirni laser na čipu, inovacijo, ki ne le zmanjša velikost laserja za štiri velikosti (tj. na eno desettisočinko prvotne velikosti), ampak tudi zniža stroške za treh velikostih (tj. na samo eno tisočinko prvotne cene).
"To je prelomni preboj v tradicionalni paradigmi," je navdušena prof. Jelena Vučković, profesorica globalnega vodenja in vodilna avtoriteta na področju elektrotehnike. Kot višja avtorica članka o tem laserju s titanovim safirjem v velikosti čipa v reviji Nature je navdušena nad prihodnostjo: "Kmalu bo vsak laboratorij lahko imel na stotine teh visoko zmogljivih laserjev na enem čipu, zanašanja na zajetno in drago konvencionalno opremo bo tudi neverjetno enostaven za uporabo in mogoče ga bo celo voziti z zelenim laserskim kazalcem."
Joshua Yang, dr. kandidat v laboratoriju, podrobneje pojasnjuje daljnosežne posledice te tehnologije: "Te močne laserje bomo lahko uporabljali v najrazličnejših pomembnih aplikacijah za delček cene, ko bomo prešli z namiznih naprav na izdelava izdelkov, pripravljenih za proizvodnjo, na čipu." Pri tej prelomni raziskavi je sodeloval s kolegi v Laboratoriju za nanometrsko in kvantno fotoniko prof. Vučkovića, vključno z raziskovalnim inženirjem Kasperjem Van Gassejem in podoktorskim učenjakom Daniilom M. Lukinom.
Tehnično so laserji s titanovim safirjem naklonjeni, ker imajo med vsemi laserskimi kristali največjo "pasovno širino pridobitve". To pomeni, da lahko laserji s titanovim safirjem proizvajajo širši razpon valovnih dolžin kot drugi laserji. Poleg tega se njihovi svetlobni impulzi oddajajo izjemno hitro, enkrat na bilijoninko sekunde. Te odlične zmogljivosti bodo nedvomno veliko prispevale k široki uporabi in poglobljenemu razvoju laserske tehnologije na različnih področjih.
Da bi izdelali to novo vrsto laserja, so najprej natančno prekrili plast pravih safirnih kristalov s plastjo titanovega safirja na platformi iz silicijevega dioksida. Titanov safir je bil nato fino zmlet, jedkan in poliran ter reduciran na ultratanko plast, debelo le nekaj sto nanometrov. Takoj zatem je ekipa natančno vzorčila valovod v tej ultra-tanki plasti materiala.
Ta miniaturizirana zasnova ponuja pomembne prednosti. Z matematičnega vidika je intenzivnost razmerje med močjo in površino. Tako bo ob ohranjanju enake moči kot pri velikem laserju intenzivnost laserja znatno povečana zaradi zmanjšane površine. Raziskovalci so ugotovili: "Majhna velikost laserja nam dejansko pomaga izboljšati učinkovitost."
Poleg tega je raziskovalna skupina za dodatno izboljšanje delovanja laserja vključila miniaturni grelec. Ta grelec segreva svetlobo, ki gre skozi valovod, kar ekipi Jelene Vučković omogoča prilagodljivost prilagajanja valovne dolžine oddane svetlobe med 700-1000 nanometri.
Ta titanov safirni laser na mikročipu kaže obetavne aplikacije na več področjih. V kvantni fiziki ponuja poceni in praktično rešitev za zmanjšanje velikosti najsodobnejših kvantnih računalnikov. Na področju nevroznanosti pa raziskovalci Stanforda predvidevajo njegovo neposredno uporabo v optogenetiki, področju, ki znanstvenikom omogoča nadzor in vplivanje na nevronsko aktivnost v možganih s pomočjo svetlobe, kljub relativni obsežnosti naprav z optičnimi vlakni, ki so trenutno v splošni uporabi.
V prihodnosti bo skupina še naprej izpopolnjevala zasnovo laserjev s titanovim safirjem v velikosti čipa in raziskovala možnost njihove množične proizvodnje na rezinah, na tisoče laserjev hkrati. To poletje bo Joshua Yang doktoriral na podlagi te raziskave in si prizadeval za uvedbo te tehnologije na trg. Na 4-palčno rezino lahko postavimo na tisoče laserjev in strošek na laser bo skoraj nič,« pravi samozavestno. To bo nedvomno sprožilo tehnološko revolucijo.«
Prevedeno z www.DeepL.com/Translator (brezplačna različica)
