Čipové lasery môžu nahradiť vláknové lasery?

Nedávno výskumníci z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) vyvinuli čipom integrovaný erbiom dopovaný vlnovodný laser, nový typ lasera, ktorého výkon je blízky výkonu vláknových laserov, kombinuje laditeľnosť a praktickosť fotonickej integrácie v čipovej mierke. .
Je dobre známe, že vláknové lasery používajú optické vlákna dopované prvkami vzácnych zemín ako médium zisku. Preto v porovnaní s plynovými lasermi, ako je oxid uhličitý, majú výhody vysokej kvality lúča, vysokého výkonu, vysokej účinnosti, malej veľkosti a bezproblémovej integrácie výstupu vlákien a flexibilných platforiem spracovania.
A aby uspokojili dopyt po vláknových laseroch v čipovej mierke, výskumníci sa obrátili na erbium ako médium zisku. Vláknové lasery na báze erbia sú obzvlášť sľubné, pretože spĺňajú požiadavky na udržanie vysokej koherencie a stability. Miniaturizácia vláknových laserov na báze erbia však bola dlho ťažko dosiahnuteľná kvôli ťažkostiam s udržaním ich jedinečného vysokého výkonu.
Na tento účel výskumníci najprv skonštruovali metrovú optickú dutinu na čipe založenú na fotonickom integrovanom obvode z nitridu kremíka s ultranízkou stratou. Podľa Yang Liu, výskumníka z Laboratória fotoniky a kvantových meraní na École Polytechnique Fédérale de Lausanne: Napriek kompaktnej veľkosti čipu sme boli schopní navrhnúť dutinu lasera na meter dlhú dĺžku vďaka integrácii týchto mikroorganizmov. -kruhové rezonátory, ktoré efektívne predlžujú optickú dráhu bez potreby fyzických zosilňovačov.
Veľký prelom! Čipové lasery môžu nahradiť vláknové lasery?
Tím potom implantoval vysokú koncentráciu erbiových iónov do obvodu, aby selektívne generoval médium aktívneho zosilnenia potrebné na laserovanie. Nakoniec integrovali obvody s lasermi polovodičových čerpadiel III-V na excitáciu iónov erbia, aby mohli vyžarovať svetlo a vytvárať laserový lúč.
Na zlepšenie výkonu lasera a umožnenie presného ovládania vlnovej dĺžky výskumníci navrhli inovatívny vnútrodutinový dizajn s mikrokrúžkovým vernierovým filtrom, filtrom, ktorý vyberá svetlo na špecifickej frekvencii na zlepšenie výkonu lasera a umožňuje presné ovládanie vlnovej dĺžky.
Filter umožňuje dynamické ladenie vlnovej dĺžky 40 nm lasera v pásme C aj L, čo prevyšuje konvenčné vláknové lasery v ladení aj v nízkospektrálnych falošných metrikách, pri zachovaní kompatibility so súčasnými výrobnými procesmi polovodičov. Dizajn podporuje stabilný jednorežimový laser s vlastnou šírkou 50 Hz.
S výstupným výkonom presahujúcim 10 mW a pomerom potlačenia bočného režimu vyšším ako 70 dB prekonáva vláknový laser na báze erbia na báze čipov mnohé konvenčné lasery. Ich úzka šírka čiary im umožňuje vyžarovať čisté a stabilné svetlo, vďaka čomu sú ideálne pre koherentné aplikácie, ako je snímanie, gyroskopy, LIDAR a optická frekvenčná metrológia.
Zmenšenie a integrácia erbiových vláknových laserov do čipových zariadení ich môže urobiť cenovo dostupnejšími, čím sa otvárajú nové aplikácie pre vysoko integrované mobilné systémy v spotrebnej elektronike, lekárskej diagnostike a telekomunikáciách. Mohlo by to tiež zmenšiť optické technológie v niekoľkých ďalších aplikáciách, vrátane LIDAR, mikrovlnnej fotoniky, syntézy optickej frekvencie a komunikácie vo voľnom priestore.