Sirukokoiset laserit voivat korvata kuitulaserit?

Äskettäin École Polytechnique Fédérale de Lausannen (EPFL) tutkijat kehittivät siruihin integroidun erbium-seostetun aaltoputkilaserin, uudentyyppisen laserin, jonka suorituskyky on lähellä kuitulaserien suorituskykyä ja jossa yhdistyvät viritettävyys ja sirumittakaavan fotoniintegraation käytännöllisyys. .
On hyvin tunnettua, että kuitulaserit käyttävät valokuituja, jotka on seostettu harvinaisten maametallien kanssa vahvistusväliaineena. Siksi verrattuna kaasulasereihin, kuten hiilidioksidiin, niillä on korkea säteen laatu, suuri teho, korkea hyötysuhde, pieni koko ja saumaton kuitutulostuksen ja joustavien käsittelyalustojen integrointi.
Ja vastatakseen sirumittakaavaisten kuitulaserien kysyntään, tutkijat valitsivat erbiumin vahvistusvälineenä. Erbiumpohjaiset kuitulaserit ovat erityisen lupaavia, koska ne täyttävät korkean koherenssin ja vakauden vaatimukset. Erbiumpohjaisten kuitulaserien miniatyrisointi on kuitenkin ollut pitkään vaikeaa, koska niiden ainutlaatuisen korkean suorituskyvyn ylläpitäminen on vaikeaa.
Tätä tarkoitusta varten tutkijat rakensivat ensin metrin pituisen optisen ontelon, joka perustui erittäin pienihäviöiseen piinitridifotoniiseen integroituun piiriin. Yang Liun, École Polytechnique Fédérale de Lausannen fotoniikan ja kvanttimittausten laboratorion tutkijan mukaan: Pienestä sirun koosta huolimatta pystyimme suunnittelemaan laserontelon metrin pituiseksi näiden mikroelementtien integroinnin ansiosta. -rengasresonaattorit, jotka laajentavat tehokkaasti optista polkua ilman fyysisiä vahvistinlaitteita.
Suuri läpimurto! Sirukokoiset laserit voivat korvata kuitulaserit?
Tämän jälkeen ryhmä istutti piiriin suuren erbium-ionien pitoisuuden tuottaakseen valikoivasti laserointiin tarvittavan aktiivisen vahvistusväliaineen. Lopuksi he integroivat piirit III-V-puolijohdepumppulasereilla virittämään erbium-ioneja, jotta ne voisivat lähettää valoa ja tuottaa lasersäteen.
Laserin suorituskyvyn parantamiseksi ja tarkan aallonpituuden säätelyn mahdollistamiseksi tutkijat kehittivät innovatiivisen intracavity-rakenteen, jossa on mikrorengaspohjainen vernier-suodatin, suodatin, joka valitsee valon tietyllä taajuudella parantaakseen laserin suorituskykyä ja mahdollistaakseen tarkan aallonpituuden hallinnan.
Suodatin mahdollistaa 40 nm:n laseraallonpituuden dynaamisen virityksen sekä C- että L-kaistalla, mikä ylittää tavanomaiset kuitulaserit sekä virityksen että matalaspektristen virhemittareiden osalta, säilyttäen samalla yhteensopivuuden nykyisten puolijohteiden valmistusprosessien kanssa. Rakenne tukee vakaata yksimuotolasointia 50 Hz:n sisäisellä viivanleveydellä.
Yli 10 mW:n lähtöteholla ja yli 70 dB:n sivutilan hylkäyssuhteella sirumittakaavainen erbiumpohjainen kuitulaser ylittää monet perinteiset laserit. Niiden kapea viivanleveys mahdollistaa puhtaan ja vakaan valon lähettämisen, mikä tekee niistä ihanteellisia koherenteihin sovelluksiin, kuten anturiin, gyroskooppeihin, LIDARiin ja optiseen taajuusmetrologiaan.
Erbiumkuitulaserien koon pienentäminen ja integrointi sirumittakaavaisiin laitteisiin voi tehdä niistä edullisempia, mikä avaa uusia sovelluksia pitkälle integroituihin mobiilijärjestelmiin kulutuselektroniikassa, lääketieteellisessä diagnostiikassa ja tietoliikenteessä. Se voisi myös kutistaa optisia tekniikoita useissa muissa sovelluksissa, mukaan lukien LIDAR, mikroaaltofotoniikka, optinen taajuussynteesi ja vapaan tilan viestintä.