일상생활에서 레이저의 사용은 상대적으로 보편화되었으며, 육안으로는 볼 수 없는 자연의 사물을 관찰, 분석, 정량화하는 중요한 도구가 될 수도 있습니다. 크고 값비싼 도구를 사용해야 합니다.
뉴욕 시립대학교 과학자 팀과 캘리포니아 공과대학 팀은 나노포토닉 칩에서 고성능, 초고속 레이저를 제작하는 새로운 방법을 실험적으로 시연했습니다. 박막 리튬 니오베이트 포토 칩에 통합된 피크 펄스 전력. 이번 연구는 최근 사이언스(Science) 저널에 표지 기사로 게재됐다.
이 연구는 펨토초 간격으로 일련의 초단속 간섭성 광 펄스를 방출하는 독특한 레이저를 방출하는 소형 모드 잠금 레이저를 기반으로 한다고 팀 리더인 Qiushi Guo가 말했습니다.
초고속 모드 고정 레이저는 화학 반응에서 분자 결합의 형성과 파괴를 연구하고 난류 매질에서 빛 전파의 역학을 탐구하는 등 자연에서 가장 빠른 시간 척도의 신비를 푸는 데 중심적인 역할을 합니다.
빠른 펄스 피크 강도와 넓은 스펙트럼 범위로 인해 모드 고정 레이저가 개발되면서 광학 원자시계, 바이오 이미징, 광 기반 데이터 계산 등 다양한 포토닉스 기술 개발이 촉진되었습니다. 컴퓨터에서.
불행하게도 오늘날의 최첨단 모드 잠금 레이저조차도 여전히 가격이 비싸고 전력 소모가 크기 때문에 실험실 환경으로 사용이 크게 제한되어 있습니다.
앞서 언급한 팀의 목표는 대규모 실험실 시스템을 대량 생산 및 현장 배포가 가능한 칩 크기 시스템으로 변환하여 초고속 포토닉스 분야에 혁명을 일으키는 것입니다. 그들은 단지 사물을 더 작게 만들고 싶어할 뿐 아니라 이러한 초고속 칩 크기 레이저가 만족스러운 성능을 제공하는지 확인하고 싶어합니다. 예를 들어, 의미 있는 칩 규모 시스템을 구축하려면 충분한 피크 펄스 강도(바람직하게는 1와트 이상)가 필요합니다.
그러나 효율적인 모드 잠금 레이저를 칩에 구현하고 통합하는 것은 어려운 작업입니다. 이번 연구에서는 혁신적인 소재 플랫폼인 TFLN(박막 리튬 니오베이트)을 사용합니다. 이 소재를 사용하면 외부 RF 전기 신호를 추가해 레이저 펄스를 정밀하게 제어하고 효율적으로 형성할 수 있다.
실험에서 Guo 팀은 III-V 반도체의 높은 레이저 이득 특성과 TFLN 나노광자 도파관의 고효율 펄스 형성 기능을 능숙하게 결합하여 궁극적으로 최대 0.5와트의 출력 피크 전력을 갖는 레이저를 시연했습니다. .
그들이 시연한 모드 잠금 레이저는 컴팩트한 크기 외에도 향후 응용 분야에 큰 가능성을 제시할 수 있는 몇 가지 흥미로운 새 기능을 갖추고 있습니다.
예를 들어, Guo는 레이저의 펌프 전류를 정밀하게 조정함으로써 200MHz의 넓은 범위에 걸쳐 출력 펄스 반복 주파수를 미세 조정할 수 있는 능력을 실현했습니다. 데모 레이저의 강력한 재구성성을 사용하여 팀은 정밀 감지 응용 분야에 중요한 칩 규모의 주파수 안정화 빗 소스를 촉진하기를 희망합니다.
휴대용 및 핸드헬드 장치를 위한 확장 가능하고 통합된 초고속 광자 시스템을 실현하는 것은 Kuo 팀에게 추가적인 과제를 제시하지만, 현재 시연은 주요 장애물을 극복하는 데 중요한 이정표를 표시합니다.
이번 성과는 휴대폰을 이용해 안과 질환을 진단하거나 식품과 환경에 존재하는 대장균과 위험한 바이러스를 분석할 수 있는 길을 열었습니다. 또한 GPS가 손상되거나 사용할 수 없을 때 탐색을 가능하게 하는 미래의 칩 규모 원자 시계를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
과학자들은 이 최신 시연을 통해 큰 장애물을 극복했습니다. 그럼에도 불구하고 과학자들은 휴대용 장치에 사용할 수 있는 확장 가능하고 통합된 초고속 광자 시스템을 개발하는 데 따른 추가 장애물을 해결하기를 고대하고 있습니다.
