Прорыв Калтеха: Компактные лазеры на фотонных чипах

Исследователи Калифорнийского технологического института (Калифорния) успешно создали компактные лазеры с интегрированной синхронизацией мод на фотонных чипах. Этот прорыв способен произвести революцию в области применения сверхбыстрых лазеров, сделав их меньше и эффективнее.

Сверхкороткие лазерные импульсы, длящиеся всего одну триллионную долю секунды или менее, имеют неоценимое значение в различных областях, таких как телекоммуникации, вычислительная техника, биология, химия и физические исследования. Короткие импульсы позволяют ученым изучать быстрые физические и химические явления, такие как образование молекулярных связей или движение электронов в материалах. Кроме того, ультракороткие импульсы широко используются в приложениях визуализации благодаря высокой пиковой интенсивности и низкой средней мощности, что позволяет минимизировать повреждение образцов, например, биологических тканей.

В недавней публикации в журнале Science Алиреза Маранди (Alireza Marandi), доцент кафедры электротехники и прикладной физики Калифорнийского технологического института, подробно описал разработанный его командой новый метод создания лазеров с синхронизацией режимов на фотонных чипах. Благодаря использованию наноразмерных компонентов эти лазеры могут быть интегрированы в световые схемы, аналогичные интегральным схемам, используемым в современной электронике.

Нанофотонный лазер с модовой блокировкой, созданный в Калифорнийском технологическом институте на основе ниобата лития, излучает пучок зеленого лазерного излучения. Эта новинка представляет собой значительный шаг на пути к созданию полноценной сверхбыстрой фотонной системы на интегральной схеме. Маранди поясняет: "Мы с нетерпением ждем возможности создания хорошо работающего лазера с синхронизацией мод на нанофотонном чипе и объединения его с другими компонентами. Тогда мы сможем создать полную сверхбыструю фотонную систему на интегральной схеме. Это позволит перенести все богатство сверхбыстрой науки и техники, которое в настоящее время относится к экспериментам метрового масштаба, на чипы миллиметрового масштаба".

Важность сверхбыстрых лазеров для научных исследований очевидна: в этом году Нобелевская премия по физике была присуждена ученым, разработавшим лазеры, способные генерировать аттосекундные импульсы (одна аттосекунда равна одной квинтиллионной доле секунды). Однако в настоящее время такие лазеры дороги и громоздки. Исследования Маранди направлены на достижение аналогичных временных масштабов на более компактных и доступных фотонных чипах, что позволит сделать сверхбыстрые фотонные технологии доступными и распространенными.

Маранди комментирует: "Эти аттосекундные эксперименты проводятся почти исключительно с использованием сверхбыстрых лазеров с модовой синхронизацией. Стоимость некоторых из них может достигать 10 млн. долларов, причем значительную часть этой стоимости составляет лазер с синхронизацией мод. Нам очень интересно подумать о том, как мы можем повторить эти эксперименты и функциональные возможности в нанофотонике".

Это достижение Калифорнийского технологического института открывает новые возможности для будущего сверхбыстрых лазерных технологий. Благодаря возможности создания более компактных, дешевых и эффективных лазеров исследователи смогут открыть новые рубежи в научных исследованиях и технологических приложениях.