Çip Boyutundaki Lazerler Fiber Lazerlerin Yerini Alabilir mi?

Son zamanlarda, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) araştırmacıları, ayarlanabilirlik ve çip ölçeğindeki fotonik entegrasyonun pratikliğini bir araya getiren, performansı fiber lazerlere yakın olan yeni bir lazer türü olan çip entegreli erbiyum katkılı dalga kılavuzu lazeri geliştirdiler.
Fiber lazerlerin kazanç ortamı olarak nadir toprak elementleriyle katkılanmış optik fiberler kullandığı iyi bilinmektedir. Bu nedenle, karbondioksit gibi gaz lazerleriyle karşılaştırıldığında, yüksek ışın kalitesi, yüksek güç, yüksek verimlilik, küçük boyut ve fiber çıktı ile esnek işleme platformlarının kusursuz entegrasyonu avantajlarına sahiptirler.
Ve çip ölçekli fiber lazerlere olan talebi karşılamak için araştırmacılar kazanç ortamı olarak erbiyuma yöneldiler. Erbiyum bazlı fiber lazerler özellikle yüksek tutarlılık ve kararlılığı koruma gereksinimlerini karşıladıkları için umut vericidir. Ancak, erbiyum bazlı fiber lazerlerin minyatürleştirilmesi, benzersiz yüksek performanslarını koruma zorluğu nedeniyle uzun zamandır elde edilmesi zor olmuştur.
Bu amaçla araştırmacılar önce ultra düşük kayıplı bir silisyum nitrür fotonik entegre devresine dayalı bir metre uzunluğunda çip üstü optik boşluk inşa ettiler. École Polytechnique Fédérale de Lausanne'daki Fotonik ve Kuantum Ölçümleri Laboratuvarı'nda araştırmacı olan Yang Liu'ya göre: Kompakt çip boyutuna rağmen, fiziksel amplifikatör cihazlarına ihtiyaç duymadan optik yolu verimli bir şekilde uzatan bu mikro halka rezonatörlerinin entegrasyonu sayesinde lazer boşluğunu bir metre uzunluğunda tasarlayabildik.
Büyük atılım! Çip boyutundaki lazerler fiber lazerlerin yerini alabilir mi?
Ekip daha sonra lazerleme için gereken aktif kazanç ortamını seçici olarak üretmek için devreye yüksek konsantrasyonda erbiyum iyonları yerleştirdi. Son olarak, devreleri III-V yarı iletken pompa lazerleriyle entegre ederek erbiyum iyonlarını uyardılar, böylece ışık yayabildiler ve bir lazer ışını üretebildiler.
Lazerin performansını artırmak ve hassas dalga boyu kontrolü sağlamak için araştırmacılar, lazerin performansını artırmak ve hassas dalga boyu kontrolü sağlamak için belirli bir frekanstaki ışığı seçen bir mikro halka tabanlı verniye filtresi içeren yenilikçi bir boşluk içi tasarım tasarladılar.
Filtre, hem C hem de L bantlarında 40 nm lazer dalga boyunun dinamik olarak ayarlanmasına olanak tanır; bu, hem ayarlama hem de düşük spektral parazit ölçümlerinde geleneksel fiber lazerleri geride bırakırken, mevcut yarı iletken üretim süreçleriyle uyumluluğu korur. Tasarım, 50 Hz'lik içsel hat genişliğine sahip kararlı tek modlu lazerlemeyi destekler.
10 mW'ın üzerinde bir çıkış gücü ve 70 dB'den büyük bir yan mod reddetme oranıyla, çip ölçekli erbiyum tabanlı fiber lazer birçok geleneksel lazerden daha iyi performans gösterir. Dar hat genişlikleri, saf ve kararlı ışık yaymalarını sağlayarak algılama, jiroskoplar, LIDAR ve optik frekans metrolojisi gibi tutarlı uygulamalar için idealdir.
Erbiyum fiber lazerlerin küçültülmesi ve çip ölçekli cihazlara entegre edilmesi, bunları daha uygun fiyatlı hale getirebilir ve tüketici elektroniği, tıbbi teşhis ve telekomünikasyon alanlarında yüksek oranda entegre mobil sistemler için yeni uygulamalar açabilir. Ayrıca LIDAR, mikrodalga fotonik, optik frekans sentezi ve serbest alan iletişimleri gibi diğer birçok uygulamada optik teknolojileri de küçültebilir.