Разработка первого лазера на сапфире, легированном титаном, размером с чип.

Группа исследователей разработала первый сапфировый лазер, легированный титаном, в масштабе чипа — прорыв в широком спектре применений, от атомных часов до квантовых вычислений и спектроскопических датчиков.

Работой руководил Хун Тан, профессор электротехники, прикладной физики и физики Ллевеллин Вест Джонс-младший. Результаты опубликованы в Nature Photonics.

Когда в 1980-х годах был представлен сапфировый лазер, легированный титаном, это стало большим достижением в области лазеров. Решающее значение для его успеха имел материал, используемый в качестве усиливающей среды, то есть материал, усиливающий энергию лазера. Сапфир, легированный ионами титана, оказался особенно мощным, обеспечивая гораздо более широкую полосу лазерного излучения, чем обычные полупроводниковые лазеры. Инновация привела к фундаментальным открытиям и бесчисленным применениям в физике, биологии и химии.

Настольный лазер на титан-сапфире незаменим во многих академических и промышленных лабораториях. Однако широкая полоса пропускания этого лазера достигается за счет относительно высокого порога, то есть требуемой мощности. В результате эти лазеры дороги и занимают много места, что в значительной степени ограничивает их использование лабораторными исследованиями. Без преодоления этого ограничения, сказал Юбо Ван, ведущий автор исследования и аспирант лаборатории Танга, лазеры на титан-сапфире останутся ограниченными для нишевых клиентов.

Сочетание производительности титан-сапфировых лазеров с небольшим размером чипа может управлять приложениями, которые ограничены потребляемой ими мощностью или пространством, такими как атомные часы , портативные датчики, устройства связи с видимым светом и даже квантовые вычисления. чипсы.

С этой целью лаборатория Tang продемонстрировала первый в мире сапфировый лазер, легированный титаном, интегрированный с фотонной схемой масштаба чипа, который обеспечивает самый широкий спектр усиления, когда-либо существовавший на чипе, что открывает путь для множества новых приложений.

Ключ в низком пороге лазера . В то время как обычные сапфировые лазеры, легированные титаном, имеют порог более 100 мВт, система лаборатории Танга имеет порог около 6,5 мВт. С дальнейшими настройками они считают, что могут еще больше уменьшить его до 1 мВт. Разработанная ими система также совместима с семейством оптоэлектроники на основе нитрида галлия, которая широко используется в синих светодиодах и лазерах.