Kürzlich hat ein Forschungsteam an der Stanford University in den USA erfolgreich eine Doktorarbeit abgeschlossen: Titanium: Sapphire-on-Isolator Photonics für On-Chip-Laser und Verstärker. Die Ergebnisse führten einen neuen Prozess ein: Titanium: Sapphire Photonics, mit dem Laser- und Hochleistungs-Laserverstärkung mit niedrigem Schwellenwert erreicht werden kann und neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Computing, Datenkommunikation und optischen Sensoren in der Zukunft bietet.
Forschungshintergrund
Die Entwicklung der Lasertechnologie hat eine wichtige Rolle in der wissenschaftlichen Forschung und in der industriellen Anwendungen gespielt. Insbesondere der Titan-Sapphire (Titan: Sapphire, Ti: Saphir) werden in optischen Frequenzkämmen, zweifotonischen Mikroskopie und quantenoptischen Experimenten aufgrund ihres ultra-breiten Bandbreitens und eines einstellbaren Bereichs häufig verwendet. Aufgrund ihrer großen Größe, hohen Kosten und der Notwendigkeit von Pumpenquellen mit hoher Leistung ist die Anwendung traditioneller Titan-Saphirlaser stark begrenzt.
Vom Desktop zu Chip: Der technologische Sprung von Titan -Saphirlasern
Titan -Saphirlaser haben aufgrund ihrer hervorragenden Leistung seit langem eine Kernposition in der wissenschaftlichen Forschung eingenommen. Traditionelle Systeme sind jedoch groß und teuer und können die Bedürfnisse der Portabilität und der groß angelegten Integration nicht erfüllen. Die vom Stanford -Team entwickelte TI: SAOI Photonische Plattform verwendet einen einzelnen Kristall -Dünnfilmprozess, um den Titan -Sapphire in ein isolierendes Substrat zu integrieren und drei wichtige Durchbrüche zu erzielen:
1. Ultra-niedriger Schwellenwert-Laser-Oszillation
Indem Forscher einen Titan-Sapphire-Laser erreicht haben, der nur eine Pumpenleistung auf Milliwatt-Ebene erfordert
2. optischer Hochleistungsverstärker
Die Modusbeschränkung der Ti: SAOI-Wellenleiterin ist mehrere Größenordnungen höher als der der traditionellen Systeme, was den weltweit ersten optischen Festkörperverstärker mit einer operativen Wellenlänge unter 1 Mikrometer realisiert. Dieser Verstärker kann Pikosekundenimpulse auf eine Spitzenleistung von 1. 0 Kilowatt ohne Verzerrung verstärken.
3.. Abstimmbare integrierte Laser
Das Forschungsteam hat den weltweit ersten einstellbaren integrierten Titan-Sapphire-Laser erfolgreich entwickelt und erstmals kostengünstige grüne Laserdioden als Pumpenlichtquellen verwendet. Dieser technologische Durchbruch wird voraussichtlich groß angelegte Titan-Sapphire-Laser-Arrays realisieren und neue Möglichkeiten für zukünftige optische High-End-Anwendungen bieten. Hauptfortschritt in der Quantenoptik und nichtlinearer Photonik
Zusätzlich zur Entwicklung der TI: SAOI -Plattform umfasst das Papier auch die inverse optische Technologie, die auf der photonischen Plattform von Silicon Carbid (SIC) basiert. Das inverse Design hat das Feld der Photonik revolutioniert und die automatisierte Entwicklung komplexer Strukturen ermöglicht. Die Anwendung des inversen Designs in nichtlinearer Photonik steckt jedoch noch in den Kinderschuhen.
Die Forscher erreichten eine quanten- und klassische nichtlineare Photonengenerierung in Siliziumcarbid-Nano-optischen Hohlräumen.
Die Ära der photonischen Integration: breite Aussichten für kommerzielle Anwendungen
Der Kernbeitrag dieser Forschung besteht darin, die Miniaturisierung, niedrige Kosten und die Skalierbarkeit der Titan -Sapphire -Lasertechnologie zu erreichen und neue Instrumente für die wissenschaftlichen und industriellen Gemeinschaften bereitzustellen. TI: SAOI -Technologie zeigt breite Anwendungsaussichten in vielen Bereichen:
1. Optische Frequenzkämme werden für die hochpräzisen Spektralanalyse und Metrologie verwendet.
2. Biooptische Bildgebung spielt eine wichtige Rolle bei hochauflösenden Bildgebungstechnologien wie der Zwei-Photonen-Mikroskopie.
3. Quantenkommunikation und -Computer können als Quantenlichtquellen verwendet werden, um eine effizientere Quanteninformationsverarbeitung zu erzielen.
