Recientemente, un equipo de investigación de la Universidad de Stanford en los Estados Unidos completó con éxito una tesis doctoral: Titanium: fotónica de zafiro en aislador para láseres y amplificadores en chip. Los resultados introdujeron un nuevo proceso: Titanium: Sapphire Photonics, que puede lograr una amplificación láser de alta potencia en chip y amplificación láser de alta potencia, proporcionando nuevas posibilidades para el desarrollo de la computación de alta velocidad, la comunicación de datos y los sensores ópticos en el futuro.
Antecedentes de investigación
El desarrollo de la tecnología láser ha desempeñado un papel vital en la investigación científica y las aplicaciones industriales. En particular, los láseres de zafiro de titanio (titanio: zafiro, ti: zafiro) se usan ampliamente en peines de frecuencia óptica, microscopía de dos fotones y experimentos ópticos cuánticos debido a su ultra ancho de banda y rango de sintonización. Sin embargo, debido a su gran tamaño, alto costo y la necesidad de fuentes de luz de bomba de alta potencia, la aplicación de láseres tradicionales de zafiro de titanio es muy limitada.
De escritorio a chip: el salto tecnológico de los láseres de zafiro de titanio
Los láseres de zafiro de titanio han ocupado durante mucho tiempo una posición central en la investigación científica debido a su excelente rendimiento. Sin embargo, los sistemas tradicionales son grandes y caros, y no pueden satisfacer las necesidades de portabilidad e integración a gran escala. La plataforma fotónica TI: SAOI desarrollada por el equipo de Stanford utiliza un proceso de película delgada de cristal único para integrar el zafiro de titanio en un sustrato aislante, logrando tres avances clave:
1. Oscilación de láser umbral ultra bajo
Al crear una cavidad micro-resonante de modo de modo de redacción de baja pérdida, los investigadores han logrado un láser de zafiro de titanio que solo requiere potencia de la bomba de nivel de miliwatt
2. Amplificador óptico de alta potencia
La capacidad de confinamiento de modo de la guía de onda TI: SAOI es varios órdenes de magnitud más alta que la de los sistemas tradicionales, realizando el primer amplificador óptico de estado sólido del mundo con una longitud de onda operativa por debajo de 1 micras. Este amplificador puede amplificar los pulsos de picosegundos a una potencia máxima de 1. 0 kilovatio sin distorsión.
3. Láseres integrados sintonizables
El equipo de investigación ha desarrollado con éxito el primer láser de zafiro de titanio integrado sintonizable del mundo y ha utilizado diodos láser verde de bajo costo como fuentes de luz de bomba por primera vez. Se espera que este avance tecnológico realice matrices de láser de zafiro de titanio a gran escala, proporcionando nuevas posibilidades para futuras aplicaciones ópticas de alta gama. Progreso importante en óptica cuántica y fotónica no lineal
Además del desarrollo de la plataforma TI: SAOI, el documento también involucra tecnología óptica de diseño inverso basada en la plataforma fotónica de carburo de silicio (SIC). El diseño inverso ha revolucionado el campo de la fotónica, lo que hace posible el desarrollo automatizado de estructuras complejas. Sin embargo, la aplicación de diseño inverso en la fotónica no lineal todavía está en su infancia.
Los investigadores lograron la generación de fotones no lineales cuánticos y clásicos en cavidades nano-ópticas de carburo de silicio.
La era de la integración fotónica: amplias perspectivas para aplicaciones comerciales
La contribución central de esta investigación es lograr la miniaturización, el bajo costo y la escalabilidad de la tecnología láser de zafiro de titanio, proporcionando nuevas herramientas para las comunidades científicas e industriales. TI: la tecnología SAOI muestra amplias perspectivas de aplicaciones en muchos campos:
1. Los peines de frecuencia óptica se utilizan para el análisis espectral y la metrología de alta precisión.
2. La imagen bioóptica juega un papel importante en las tecnologías de imágenes de alta resolución, como la microscopía de dos fotones.
3. La comunicación y la computación cuántica se pueden utilizar como fuentes de luz cuántica para lograr un procesamiento de información cuántica más eficiente.
