في الآونة الأخيرة ، أكمل فريق أبحاث في جامعة ستانفورد في الولايات المتحدة أطروحة الدكتوراه: التيتانيوم: الضوئيات المصنوعة من Sapphire-on-Indocator من أجل الليزر والمكبرات الصوت على الرقاقة. أدخلت النتائج عملية جديدة: التيتانيوم: الفوتونيات الياقوت ، والتي يمكن أن تحقق التضخيم بالليزر منخفضة العتبة وتضخيم الليزر عالي الطاقة ، مما يوفر إمكانيات جديدة لتطوير الحوسبة عالية السرعة واتصالات البيانات وأجهزة الاستشعار البصرية في المستقبل.
خلفية البحث
لعب تطوير تكنولوجيا الليزر دورًا حيويًا في البحث العلمي والتطبيقات الصناعية. على وجه الخصوص ، تُستخدم الليزر التيتانيوم (التيتانيوم: الياقوت ، TI: الياقوت) على نطاق واسع في أمشاط التردد البصرية ، المجهر ثنائي الفوتون والتجارب البصرية الكمومية بسبب نطاق النطاق الترددي في واسعة النطاق ومدى قابل للضبط. ومع ذلك ، نظرًا لحجمها الكبير والتكلفة العالية والحاجة إلى مصادر ضوء المضخة عالية الطاقة ، فإن تطبيق الليزر التقليدي لليزر التيتانيوم التقليدية محدودة.
من سطح المكتب إلى رقاقة: القفزة التكنولوجية لليزر الياقوت التيتانيوم
احتلت الليزر في التيتانيوم منذ فترة طويلة موقعًا أساسيًا في الأبحاث العلمية بسبب أدائها الممتاز. ومع ذلك ، فإن الأنظمة التقليدية كبيرة ومكلفة ، ولا يمكنها تلبية احتياجات قابلية النقل والتكامل على نطاق واسع. يستخدم TI: SAOI Photonic Platform الذي تم تطويره من قبل فريق ستانفورد عملية فيلم رفيع واحد لدمج الياقوت التيتانيوم على الركيزة العازلة ، لتحقيق ثلاثة اختراقات رئيسية:
1.
من خلال إنشاء تجويف متصلي من وضع الهمس ذي الخسارة المنخفضة ، حقق الباحثون ليزرًا من تيتانيوم الياقوت يتطلب فقط قوة مضخة ميليوات على مستوى الملليت
2. مكبر صوت بصري عالي الطاقة
إمكانية حبس الوضع لـ TI: SAOI دليل الموجة هي عدة أوامر ذات حجم أعلى من تلك الموجودة في الأنظمة التقليدية ، مع إدراك أول مكبر للصوت الضوئي للدولة الصلبة في العالم مع طول موجي التشغيل أقل من 1 ميكرون. يمكن أن يؤدي هذا المضخم إلى تضخيم نبضات Picosecond إلى ذروة قوة 1. 0 كيلووات دون تشويه.
3. الليزر المتكامل للضبط
قام فريق البحث بنجاح بتطوير أول ليزر من طراز Titanium Titanium المتكامل في العالم واستخدم الثنائيات الليزرية الخضراء منخفضة التكلفة كمصادر لضوء المضخة لأول مرة. من المتوقع أن يدرك هذا الاختراق التكنولوجي صفائف ليزر من التيتانيوم على نطاق واسع ، مما يوفر إمكانيات جديدة للتطبيقات البصرية المتطورة المستقبلية. تقدم كبير في البصريات الكمومية والضوئية غير الخطية
بالإضافة إلى تطوير منصة TI: SAOI ، تتضمن الورقة أيضًا التكنولوجيا البصرية للتصميم العكسي استنادًا إلى منصة السيليكون كربيد (SIC). أحدث التصميم العكسي ثورة في مجال الضوئية ، مما يجعل التطوير الآلي للهياكل المعقدة ممكنة. ومع ذلك ، فإن تطبيق التصميم العكسي في الضوئيات غير الخطية لا يزال في مهدها.
حقق الباحثون توليد فوتون كميا وكلاسيكي غير خطي في تجويفات السيليكون كربيد النانو.
عصر التكامل الضوئي: آفاق واسعة للتطبيقات التجارية
تتمثل المساهمة الأساسية لهذا البحث في تحقيق التصغير والتكلفة المنخفضة وقابلية التوسع لتكنولوجيا ليزر التيتانيوم الياقوت ، مما يوفر أدوات جديدة للمجتمعات العلمية والصناعية. TI: تُظهر تقنية SAOI آفاقًا واسعة التطبيق في العديد من المجالات:
1. يتم استخدام أمشاط التردد البصرية للتحليل الطيفي عالي الدقة والقياس.
2. التصوير الحيوي البصري يلعب دورًا مهمًا في تقنيات التصوير عالية الدقة مثل المجهر ثنائي الفوتون.
3. يمكن استخدام الاتصال الكمومي والحوسبة كمصادر للضوء الكمومي لتحقيق معالجة معلومات الكم أكثر كفاءة.
