ليزر فائق السرعة وعالي الأداء بحجم طرف الإصبع

أداء عاليليزر فائق السرعةبحجم الإصبع

وفقًا لمقال غلاف جديد نُشر في مجلة Science، أظهر الباحثون في جامعة مدينة نيويورك طريقة جديدة لإنشاء أجهزة عالية الأداءليزر فائق السرعةعلى الضوئيات النانوية. هذا الوضع المصغر مقفلالليزرتنبعث سلسلة من نبضات الضوء المتماسكة القصيرة للغاية على فترات فيمتوثانية (تريليون من الثانية).

وضع القفل فائق السرعةالليزريمكن أن يساعد في كشف أسرار أسرع المقاييس الزمنية في الطبيعة، مثل تكوين أو كسر الروابط الجزيئية أثناء التفاعلات الكيميائية، أو انتشار الضوء في الوسائط المضطربة. كما أن السرعة العالية وكثافة النبض القصوى والتغطية واسعة النطاق لأشعة الليزر ذات الوضع المقفل تمكن العديد من تقنيات الفوتون، بما في ذلك الساعات الذرية الضوئية والتصوير البيولوجي وأجهزة الكمبيوتر التي تستخدم الضوء لحساب البيانات ومعالجتها.

لكن أجهزة الليزر ذات الوضع المقفل الأكثر تقدمًا لا تزال باهظة الثمن للغاية، وتتطلب أنظمة سطح المكتب طاقة ويقتصر استخدامها على المختبرات. الهدف من البحث الجديد هو تحويل هذا إلى نظام بحجم الشريحة يمكن إنتاجه بكميات كبيرة ونشره في الميدان. استخدم الباحثون منصة المواد الناشئة نيوبات الليثيوم ذات الأغشية الرقيقة (TFLN) لتشكيل نبضات الليزر بشكل فعال والتحكم فيها بدقة من خلال تطبيق إشارات كهربائية بترددات راديوية خارجية عليها. قام الفريق بدمج مكاسب الليزر العالية لأشباه الموصلات من الدرجة III-V مع إمكانات تشكيل النبض الفعالة لأدلة الموجات الضوئية النانوية TFLN لتطوير ليزر ينبعث منه طاقة ذروة عالية تبلغ 0.5 واط.

بالإضافة إلى حجمه الصغير، وهو حجم طرف الإصبع، يُظهر الليزر المقفل بالوضع الموضح حديثًا أيضًا عددًا من الخصائص التي لا تستطيع أجهزة الليزر التقليدية تحقيقها، مثل القدرة على ضبط معدل تكرار نبض الإخراج بدقة على مدى نطاق واسع يصل إلى 200 ميجا هرتز فقط عن طريق ضبط تيار المضخة. ويأمل الفريق في تحقيق مصدر مشط ثابت التردد على نطاق الرقاقة من خلال إعادة تشكيل الليزر القوية، وهو أمر بالغ الأهمية للاستشعار الدقيق. وتشمل التطبيقات العملية استخدام الهواتف المحمولة لتشخيص أمراض العيون، أو تحليل الإشريكية القولونية والفيروسات الخطيرة في الغذاء والبيئة، ولتمكين الملاحة عند تلف نظام تحديد المواقع (GPS) أو عدم توفره.