ليزر فائق السرعة وعالي الأداء بحجم طرف الإصبع

أداء عاليليزر فائق السرعةبحجم طرف الإصبع

وفقًا لمقال جديد نُشر في مجلة Science، أظهر باحثون في جامعة مدينة نيويورك طريقة جديدة لإنشاء أجهزة كمبيوتر عالية الأداءأشعة الليزر فائقة السرعةعلى الفوتونيات النانوية. هذا النظام المصغر المقفل بالوضعالليزريصدر سلسلة من النبضات المتماسكة فائقة القصر من الضوء على فترات فمتوثانية (تريليون من الثانية).

وضع فائق السرعة مقفلالليزريمكن أن يُساعد في كشف أسرار أسرع المقاييس الزمنية في الطبيعة، مثل تكوين أو كسر الروابط الجزيئية أثناء التفاعلات الكيميائية، أو انتشار الضوء في الأوساط المضطربة. كما تُمكّن السرعة العالية، وكثافة النبضات القصوى، والتغطية الواسعة للطيف لليزرات المقفلة بالأنماط من تطوير العديد من تقنيات الفوتونات، بما في ذلك الساعات الذرية الضوئية، والتصوير البيولوجي، وأجهزة الكمبيوتر التي تستخدم الضوء لحساب البيانات ومعالجتها.

لكن أحدث أنظمة الليزر المُقفلة النمطية لا تزال باهظة الثمن، وتتطلب طاقة كبيرة، وتُستخدم في المختبرات فقط. يهدف البحث الجديد إلى تحويل هذه الأنظمة إلى نظام بحجم رقاقة، يُمكن إنتاجه بكميات كبيرة ونشره ميدانيًا. استخدم الباحثون منصة من مادة ناشئة من نيوبات الليثيوم الرقيق (TFLN) لتشكيل نبضات الليزر والتحكم فيها بدقة وفعالية، وذلك من خلال تطبيق إشارات كهربائية خارجية بترددات راديوية عليها. جمع الفريق بين الكسب العالي لليزر لأشباه الموصلات من الفئة III-V وقدرات تشكيل النبضات الفعالة لموجهات الموجات الفوتونية النانوية TFLN، لتطوير ليزر يُصدر طاقة ذروة خرج عالية تبلغ 0.5 واط.

بالإضافة إلى حجمه الصغير، الذي يُقارب حجم طرف الإصبع، يتميز الليزر المُقفل النمطي المُكتشف حديثًا بعدد من الخصائص التي لا تستطيع الليزرات التقليدية تحقيقها، مثل القدرة على ضبط معدل تكرار نبضة الخرج بدقة على نطاق واسع يصل إلى 200 ميغا هرتز بمجرد ضبط تيار المضخة. ويأمل الفريق في تحقيق مصدر مشط ذي تردد ثابت على نطاق الشريحة من خلال إعادة تكوين الليزر القوية، وهو أمر بالغ الأهمية للاستشعار الدقيق. تشمل التطبيقات العملية استخدام الهواتف المحمولة لتشخيص أمراض العيون، أو لتحليل بكتيريا الإشريكية القولونية والفيروسات الخطيرة في الغذاء والبيئة، ولتمكين الملاحة عند تلف نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو عدم توفره.