For nylig afsluttede et forskerteam ved Stanford University i USA med succes en doktorafhandling: Titanium: Sapphire-on-Insulator Photonics til on-chip-lasere og forstærkere. Resultaterne introducerede en ny proces: Titanium: Sapphire Photonics, som kan opnå on-chip lavtærskel laser og laserforstærkning med høj effekt, hvilket giver nye muligheder for udvikling af højhastighedsberegning, datakommunikation og optiske sensorer i fremtiden.
Forskningsbaggrund
Udviklingen af laserteknologi har spillet en vigtig rolle i videnskabelig forskning og industrielle anvendelser. Især er Titanium Sapphire (Titanium: Sapphire, Ti: Sapphire) lasere i vid udstrækning brugt i optisk frekvenskam, to-fotonmikroskopi og kvanteoptiske eksperimenter på grund af deres ultraomfattende båndwidt og indstillelige rækkevidde. På grund af deres store størrelse, høje omkostninger og behovet for lyskilder med høj effekt er anvendelsen af traditionelle titaniumsafire-lasere imidlertid meget begrænset.
Fra desktop til chip: Det teknologiske spring af Titanium Sapphire Lasers
Titanium Sapphire -lasere har længe besat en kerneposition i videnskabelig forskning på grund af deres fremragende præstation. Imidlertid er traditionelle systemer store og dyre og kan ikke imødekomme behovene for bærbarhed og storstilet integration. TI: SAOI -fotonisk platform udviklet af Stanford -teamet bruger en enkelt krystaltynd filmproces til at integrere titaniumsafire på et isolerende underlag og opnå tre nøgle gennembrud:
1. Ultra-Low-tærskel-laseroscillation
Ved at oprette et hviskende galleri-modet-modet-mod-resonant hulrum har forskere opnået en titanium safir laser, der kun kræver pumpekraft på milliarniveau
2. Optisk forstærker med høj effekt
Ti: Saoi-bølgernes indeslutning Denne forstærker kan forstærke picosekundimpulser til en spidsstyrke på 1. 0 kilowatt uden forvrængning.
3. indstillelige integrerede lasere
Forskningsteamet har med succes udviklet verdens første indstillelige integrerede titanium safir laser og brugt lave omkostningsgrønne laserdioder som pumpe lyskilder for første gang. Dette teknologiske gennembrud forventes at realisere storskala titanium safir laserarrays, hvilket giver nye muligheder for fremtidige avancerede optiske applikationer. Store fremskridt inden for kvanteoptik og ikke -lineær fotonik
Ud over udviklingen af TI: SAOI -platformen involverer papiret også omvendt design af optisk teknologi baseret på siliciumcarbid (SIC) fotonisk platform. Inverse design har revolutioneret feltet med fotonik, hvilket gør den automatiserede udvikling af komplekse strukturer mulig. Anvendelsen af omvendt design i ikke -lineær fotonik er dog stadig i sin spædbarn.
Forskerne opnåede kvante og klassisk ikke-lineær fotongenerering i siliciumcarbid nano-optiske hulrum.
Tiden med fotonisk integration: brede udsigter til kommercielle applikationer
Kernebidraget i denne forskning er at opnå miniaturisering, lave omkostninger og skalerbarhed af Titanium Sapphire -laserteknologi, hvilket giver nye værktøjer til de videnskabelige og industrielle samfund. TI: SAOI -teknologi viser brede applikationsudsigter inden for mange områder:
1. Optisk frekvenskommer bruges til spektralanalyse og metrologi med høj præcision.
2. Bio-optisk billeddannelse spiller en vigtig rolle i højopløsningsafbildningsteknologier, såsom to-fotonmikroskopi.
3. kvantekommunikation og computing kan bruges som kvante lyskilder for at opnå mere effektiv behandling af kvanteinformation.
