Revolution in der Photonik: Miniaturisierter Laser auf einem Chip geht neue Wege

von Liam O'Connor
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Nanophotonic Mode-Locked Laser

Nanophotonischer, ultraschneller, modengekoppelter Chip-Scale-Laser auf Lithiumniobatbasis. Bildnachweis: Alireza Marandi

Einem Forscherteam ist es gelungen, einen kleinen, integrierten modengekoppelten Laser auf einer nanophotonischen Plattform zu entwickeln, der leistungsstarke, ultraschnelle Lichtimpulse aussenden kann. Dieser Fortschritt in der Shrinking Mode Locked Laser (MLL)-Technologie verspricht, den Anwendungsbereich der Photonik erheblich zu erweitern.

Fortschritte in der modengekoppelten Lasertechnologie (MLL).

Um eine Technologie zu verfeinern, die traditionell auf großen Tischgeräten beruht, haben Quishi Guo und sein Team einen modengekoppelten Laser auf die Abmessungen eines optischen Chips innerhalb einer nanophotonischen Plattform verdichtet. Diese Errungenschaft bietet Potenzial für die Entwicklung ultraschneller nanophotonischer Systeme für verschiedene Anwendungen.

Die Aussichten kompakter MLLs

Modengekoppelte Laser sind dafür bekannt, kohärente, ultrakurze Lichtimpulse mit unglaublich hohen Geschwindigkeiten zu erzeugen, gemessen in Pikosekunden und Femtosekunden. Diese Laser waren maßgeblich an der Entwicklung mehrerer photonischer Technologien beteiligt, darunter extreme nichtlineare Optik, Zwei-Photonen-Mikroskopie und optische Datenverarbeitung.

Typischerweise sind MLLs teuer, energieintensiv und auf große, separate optische Komponenten und Maschinen angewiesen. Folglich beschränkte sich ihre Anwendung größtenteils auf laborbasierte Tischexperimente. Darüber hinaus stehen bestehende integrierte MLLs, die für nanophotonische Plattformen gedacht sind, vor erheblichen Herausforderungen, wie etwa geringer Spitzenleistung und begrenzten Steuerungsmöglichkeiten.

Ein Sprung nach vorne in der nanophotonischen MLL-Integration

Durch die Kombination eines optischen Halbleiterverstärkerchips mit einer innovativen nanophotonischen Dünnschichtschaltung aus Lithiumniobat haben Guo und sein Team einen kompakten integrierten MLL hergestellt.

Nach Angaben des Forschungsteams erzeugt diese MLL ultrakurze optische Impulse von etwa 4,8 Pikosekunden bei etwa 1065 Nanometern und erreicht eine Spitzenleistung von etwa 0,5 Watt. Dies stellt die höchste Ausgangsimpulsenergie und Spitzenleistung aller integrierten MLLs in nanophotonischen Plattformen dar.

Darüber hinaus zeigte das Team, dass die Wiederholungsrate des integrierten MLL über einen Bereich von etwa 200 Megahertz einstellbar ist. Sie zeigten auch, dass die Kohärenzeigenschaften des Lasers fein abgestimmt werden können, was den Weg für eine vollständig stabilisierte nanophotonische Frequenzkammquelle auf dem Chip ebnet.

Weitere Informationen zu diesem Durchbruch:

Miniaturisierung ultraschneller Lasertechnologie auf photonischen Mikrochips
Verkleinerung ultraschneller Laser auf die Größe einer Fingerspitze

Referenz: „Ultraschneller modengekoppelter Laser in nanophotonischem Lithiumniobat“ von Qiushi Guo, Benjamin K. Gutierrez, Ryoto Sekine, Robert M. Gray, James A. Williams, Luis Ledezma, Luis Costa, Arkadev Roy, Selina Zhou, Mingchen Liu, und Alireza Marandi, 9. November 2023, Wissenschaft.
DOI: 10.1126/science.adj5438

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zum nanophotonischen modengekoppelten Laser

Was ist der jüngste Durchbruch in der Photonik-Technologie?

Forscher haben einen kompakten, integrierten modengekoppelten Laser auf einer nanophotonischen Plattform entwickelt, der leistungsstarke, ultraschnelle Lichtimpulse aussenden kann. Dieser Fortschritt bei der Miniaturisierung der modengekoppelten Lasertechnologie könnte die Anwendungen der Photonik erheblich erweitern.

Wie unterscheidet sich der neue modengekoppelte Laser von herkömmlichen Lasern?

Im Gegensatz zu herkömmlichen modengekoppelten Lasern, die sperrig, teuer und energieintensiv sind, ist dieser neue Laser auf die Größe eines optischen Chips miniaturisiert. Es bietet eine hohe Ausgangsimpulsenergie und Spitzenleistung und seine Kohärenzeigenschaften können präzise gesteuert werden.

Was sind die möglichen Anwendungen des miniaturisierten modengekoppelten Lasers?

Dieser miniaturisierte Laser kann in einer Vielzahl photonischer Technologien eingesetzt werden, beispielsweise in der extremen nichtlinearen Optik, der Zwei-Photonen-Mikroskopie und der optischen Datenverarbeitung. Aufgrund seiner kompakten Größe und hohen Leistung eignet es sich für fortgeschrittene, laborbasierte Photonikforschung und möglicherweise für kommerzielle Anwendungen in der Zukunft.

Wer leitete die Forschung für diesen technologischen Fortschritt?

Die Forschung wurde von Quishi Guo und seinem Team geleitet, die sich auf die Integration eines optischen Halbleiterverstärkerchips mit einer nanophotonischen Dünnschichtschaltung aus Lithiumniobat konzentrierten, um diesen kompakten modengekoppelten Laser zu schaffen.

Was sind die Hauptmerkmale dieses neuen modengekoppelten Lasers?

Der Laser erzeugt ultrakurze optische Impulse (~4,8 Pikosekunden) bei etwa 1065 Nanometern mit einer Spitzenleistung von ~0,5 Watt. Unter den integrierten modengekoppelten Lasern in nanophotonischen Plattformen ist er hinsichtlich der Ausgangsimpulsenergie und Spitzenleistung der leistungsstärkste. Darüber hinaus kann die Wiederholungsrate über einen Bereich von ~200 Megahertz eingestellt werden.

Mehr über nanophotonische modengekoppelte Laser

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6 Kommentare

OpticsGeek Dezember 26, 2023 - 5:35 pm

Ich bin etwas skeptisch, denn so viel Leistung aus einem winzigen Chip herauszuholen, scheint zu schön, um wahr zu sein. Aber wenn es real ist, wird es mit Sicherheit das Spiel verändern.

Antwort
PhotonicsFan Dezember 26, 2023 - 6:32 pm

Ich bin gespannt, wohin diese Technologie führt und stelle mir die Möglichkeiten in der Medizintechnik und anderen Bereichen vor!

Antwort
John Smith Dezember 26, 2023 - 8:24 pm

Wow, das ist wirklich cooles Zeug. Ich hätte nie gedacht, dass man Laser so klein machen könnte!

Antwort
TechGuru99 Dezember 27, 2023 - 3:38 am

Tolle Lektüre, aber könnten mehr Details darüber, wie diese Laser tatsächlich funktionieren, nützlich sein?

Antwort
Emily_R Dezember 27, 2023 - 6:05 am

Wird Lithiumniobat nicht auch in Mobiltelefonen verwendet? Technik ist heutzutage verrückt

Antwort
Wissenschaftsliebhaber Dezember 27, 2023 - 11:22 am

Der Artikel erwähnt Qiushi Guo, aber keine Informationen darüber, woher er kommt oder welche Institution? wäre schön zu wissen

Antwort

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