El uso de láseres en la vida cotidiana se ha vuelto relativamente común y también pueden ser una herramienta importante para observar, analizar y cuantificar cosas en la naturaleza que son invisibles a simple vista, tareas que, desafortunadamente, han estado limitadas en el pasado por la necesidad de utilizar instrumentos grandes y costosos.
Un equipo de científicos de la City University de Nueva York y el equipo del Instituto de Tecnología de California ha demostrado experimentalmente una nueva forma de fabricar láseres ultrarrápidos y de alto rendimiento en chips nanofotónicos: han demostrado los primeros láseres del mundo con modo bloqueado y bombeados eléctricamente con alta Potencia máxima de pulso integrada en fotochips de niobato de litio de película delgada. La investigación se publicó recientemente como artículo de portada en la revista Science.
La investigación se basa en un láser miniaturizado de modo bloqueado, que emite un láser único que emite un tren de pulsos de luz coherentes ultracortos a intervalos de femtosegundos, dijo el líder del equipo Qiushi Guo.
Los láseres ultrarrápidos de modo bloqueado desempeñan un papel central a la hora de desentrañar los misterios de las escalas de tiempo más rápidas de la naturaleza, que incluyen el estudio de la formación y ruptura de enlaces moleculares en reacciones químicas y la exploración de la dinámica de la propagación de la luz en medios turbulentos.
Es el desarrollo de láseres de modo bloqueado, debido a sus rápidas intensidades máximas de pulso y su amplia cobertura espectral, lo que también ha impulsado el desarrollo de una variedad de tecnologías fotónicas, incluidos relojes atómicos ópticos, bioimagen y computación de datos basada en la luz. en computadoras.
Desafortunadamente, incluso los láseres de modo bloqueado de última generación siguen siendo caros y consumen mucha energía, lo que ha llevado a que su uso se limite en gran medida a entornos de laboratorio.
El objetivo del equipo mencionado anteriormente es revolucionar el campo de la fotónica ultrarrápida transformando grandes sistemas de laboratorio en sistemas del tamaño de un chip que puedan producirse en masa y desplegarse en el campo. Sólo quieren hacer las cosas más pequeñas, pero también quieren asegurarse de que estos láseres ultrarrápidos del tamaño de un chip proporcionen un rendimiento satisfactorio. Por ejemplo, necesitan suficiente intensidad de pulso máxima, preferiblemente más de 1 vatio, para construir sistemas significativos a escala de chip.
Sin embargo, realizar e integrar láseres eficientes con modo bloqueado en un chip es una tarea desafiante. Esta investigación utiliza niobato de litio de película delgada (TFLN), una plataforma de material innovadora. Con este material, es posible controlar con precisión y formar pulsos láser de manera eficiente agregando una señal eléctrica de RF externa.
En sus experimentos, el equipo de Guo combinó hábilmente las características de alta ganancia del láser de los semiconductores III-V con la capacidad de conformación de pulsos altamente eficiente de las guías de ondas nanofotónicas TFLN, demostrando finalmente un láser con una potencia máxima de salida de hasta 0.5 vatios. .
Además de su tamaño compacto, el láser de modo bloqueado que demostraron tiene varias características nuevas e interesantes que podrían ser muy prometedoras para aplicaciones futuras.
Por ejemplo, al ajustar con precisión la corriente de bombeo del láser, Guo se dio cuenta de la capacidad de ajustar la frecuencia de repetición del pulso de salida en un amplio rango de 200 MHz. Utilizando la robusta reconfigurabilidad del láser de demostración, el equipo espera facilitar fuentes de peine estabilizadas en frecuencia y a escala de chip, fundamentales para aplicaciones de detección de precisión.
Si bien la realización de sistemas fotónicos escalables, integrados y ultrarrápidos para dispositivos portátiles y de mano presenta desafíos adicionales para el equipo de Kuo, la demostración actual marca un hito importante en la superación de obstáculos importantes.
Este logro allana el camino para utilizar teléfonos móviles para diagnosticar enfermedades oculares o analizar E. coli y virus peligrosos en los alimentos y el medio ambiente. También podría ayudar a crear los relojes atómicos a escala de chip del futuro, que permitirían la navegación cuando el GPS esté dañado o no esté disponible.
Los científicos han superado un obstáculo importante con esta última demostración. No obstante, los científicos esperan superar los obstáculos adicionales que supone el desarrollo de sistemas fotónicos escalables, integrados y ultrarrápidos que puedan utilizarse en dispositivos portátiles y de mano.
