Американские исследователи разработали миниатюрный лазер на нанофотонном чипе. Он излучает короткие световые импульсы с интервалом в квадриллионную долю секунды и не требует высоких мощностей. В будущем ученые внедрят лазер в мобильные телефоны, и их можно будет использовать для диагностики глазных заболеваний или анализа продуктов на наличие вредных бактерий. Исследование опубликовано в журнале Science.
Ученые используют сверхбыстрые лазеры для исследования тех явлений, которые человек не успевает увидеть невооруженным взглядом: например, появление и разрыв молекулярных связей в химических реакциях или распространение света в турбулентной среде. Сверхбыстрые лазеры, выпускающие световые импульсы с четким интервалом, используются и в фотонике. Ученые применяют лазеры в оптических атомных часах и компьютерах, которые с помощью света вычисляют и обрабатывают данные.
Однако современные лазеры с фиксированным режимом — дорогие приборы. Они требуют высокой мощности и используются только в лабораторных условиях. Американские ученые решили разработать более доступный и компактный лазер.
«Наша цель — произвести революцию в области сверхбыстрой фотоники, преобразовав большие лабораторные системы в устройства размером с чип, которые можно массово производить и внедрять в полевых условиях», — рассказал Цю Ши Го, руководитель исследования из Городского университета Нью-Йорка (США).
Для создания миниатюрного лазера исследователи взяли тонкопленочный ниобат лития. На него ученые подали внешний радиочастотный электрический сигнал, который стимулирует точный лазерный импульс. Физики объединили ниобат лития и III–V полупроводники с высокой подвижностью электронов. Так получился лазер, который излучает с мощностью в 0,5 ватт. Он генерирует оптические импульсы с длиной волны около 1065 нанометров, а частота их повторения — примерно 10 гигагерц.
Компактный лазер имеет и другие достоинства, которых нет у других устройств. Например, ученые могут регулировать ток накачки лазера и настраивать частоту импульсов в широком диапазоне — 200 МГц.
В будущем исследователи планируют внедрить лазерные чипы в научные приборы, а также адаптировать их для портативных устройств.
«Это достижение открывает путь к тому, чтобы в конечном итоге использовать сотовые телефоны для диагностики глазных заболеваний или анализа продуктов питания и окружающей среды на наличие таких бактерий, как кишечная палочка и опасные вирусы. Оно поможет в создании футуристических атомных часов в масштабе чипа, которые позволят осуществлять навигацию, когда GPS недоступен», — подытожил Цю Ши Го.
Автор: Ксения Земскова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
