Nedávno učinili vědci ze Stanfordské univerzity průlom v oblasti laserové výroby.
Úspěšně vyvinuli a vyrobili titanový safírový laser na čipu, inovaci, která nejen zmenšuje velikost laseru o čtyři řády (tj. na desetitisícinu původní velikosti), ale také snižuje náklady o tří řádů (tj. na pouhou tisícinu původní ceny).
„Jedná se o převratný průlom v tradičním paradigmatu,“ nadchne Prof. Jelena Vuckovic, profesorka globálního vedení a přední odborník na elektrotechniku. Jako hlavní autorka článku, který podrobně popisuje tento titanový safírový laser v měřítku čipů v časopise Nature, je nadšená z budoucnosti: „Brzy bude jakákoli laboratoř schopna mít stovky těchto vysoce výkonných laserů na jediném čipu. bude se spoléhat na objemná a drahá konvenční zařízení, bude také neuvěřitelně snadno ovladatelná a bude dokonce možné ji řídit pomocí zeleného laserového ukazovátka.
Joshua Yang, Ph.D. kandidát v laboratoři, dále rozvádí dalekosáhlé důsledky této technologie: „Tyto výkonné lasery budou moci být použity v široké řadě důležitých aplikací za zlomek nákladů, protože přejdeme od zařízení třídy stolních počítačů k vytváření produktů připravených k výrobě na čipu." Na tomto průkopnickém výzkumu pracoval s kolegy z Laboratoře nanoměřítek a kvantové fotoniky prof. Vuckoviče, včetně výzkumného inženýra Kaspera Van Gasse a postdoktorandského vědce Daniila M. Lukina.
Technicky jsou titanové safírové lasery oblíbené, protože mají největší „šířku pásma zisku“ ze všech laserových krystalů. To znamená, že titanové safírové lasery jsou schopny produkovat širší rozsah vlnových délek než jiné lasery. Jejich světelné pulsy jsou navíc vydávány extrémně rychle, jednou za biliontinu sekundy. Tyto vynikající výkonnostní charakteristiky nepochybně velkou měrou přispějí k širokému uplatnění a hloubkovému rozvoji laserové technologie v různých oblastech.
Aby mohli postavit tento nový typ laseru, nejprve precizně pokryli vrstvu skutečných safírových krystalů vrstvou titanového safíru na platformě oxidu křemičitého. Titanový safír byl poté jemně broušen, leptán a leštěn a redukován na ultratenkou vrstvu o tloušťce pouhých několika stovek nanometrů. Ihned poté tým pečlivě vzoroval vlnovod v této ultratenké vrstvě materiálu.
Tento miniaturizovaný design nabízí významné výhody. Z matematického hlediska je intenzita poměr výkonu k ploše. Při zachování stejného výkonu jako u velkoplošného laseru se tedy díky zmenšené ploše výrazně zvýší intenzita laseru. Vědci poznamenali: "Malá velikost laseru nám ve skutečnosti pomáhá zlepšit účinnost."
Pro další zvýšení výkonu laseru výzkumný tým navíc začlenil miniaturní ohřívač. Tento ohřívač ohřívá světlo, které prochází vlnovodem, a umožňuje týmu Jeleny Vuckovicové flexibilně upravit vlnovou délku vyzařovaného světla v rozmezí 700-1000 nanometrů.
Tento titanový safírový laser na mikročipu ukazuje slibné aplikace v několika oblastech. V kvantové fyzice nabízí levné a praktické řešení pro zmenšení nejmodernějších kvantových počítačů. A v oblasti neurověd předpokládají vědci ze Stanfordu její přímou aplikaci v optogenetice, oboru, který umožňuje vědcům řídit a ovlivňovat neuronovou aktivitu uvnitř mozku prostřednictvím světla, a to i přes relativní objemnost zařízení s optickými vlákny, která se v současnosti běžně používají.
Do budoucna bude tým pokračovat ve zdokonalování designu titanových safírových laserů v měřítku čipů a zkoumat možnost jejich hromadné výroby na waferech, tisíce laserů najednou. Letos v létě získá Joshua Yang na základě tohoto výzkumu doktorát a bude pracovat na uvedení této technologie na trh. Můžeme umístit tisíce laserů na 4-palcový plátek a náklady na jeden laser se budou blížit nule," říká sebevědomě. To nepochybně vyvolá technologickou revoluci."
Přeloženo pomocí www.DeepL.com/Translator (bezplatná verze)
