לאחרונה, צוות מחקר באוניברסיטת סטנפורד בארצות הברית השלים בהצלחה עבודת דוקטורט: טיטניום: פוטוניקה ספיר-על-מבודד עבור לייזרים ומגברים על שבבים. התוצאות הציגו תהליך חדש: טיטניום: ספיר פוטוניקה, שיכולה להשיג לייזר לייזר נמוך על סף נמוך ושלל הגברה לייזר בעלת עוצמה גבוהה, מה שמספק אפשרויות חדשות לפיתוח מחשוב מהיר, תקשורת נתונים וחיישנים אופטיים בעתיד.
רקע מחקר
פיתוח טכנולוגיית לייזר מילאה תפקיד חיוני במחקר מדעי ויישומים תעשייתיים. בפרט, לייזרי טיטניום ספיר (טיטניום: ספיר, TI: ספיר) נמצאים בשימוש נרחב בסרקי תדרים אופטיים, מיקרוסקופיה דו-פוטונית וניסויים אופטיים קוונטיים בגלל רוחב הפס האולטרה-רחב והטווח הניתן לכוונון שלהם. עם זאת, בשל גודלם הגדול, עלותם הגבוהה והצורך במקורות תאורה של משאבה גבוהה, היישום של לייזרי ספיר טיטניום מסורתיים מוגבל מאוד.
משולחן העבודה לשבב: הקפיצה הטכנולוגית של לייזרי ספיר טיטניום
לייזרי ספיר טיטניום תפסו זה מכבר עמדת ליבה במחקר מדעי בגלל הביצועים המצוינים שלהם. עם זאת, מערכות מסורתיות גדולות ויקרות, ואינן יכולות לענות על צרכי הניידות ושילוב בקנה מידה גדול. פלטפורמת ה- TI: SAOI פוטונית שפותחה על ידי צוות סטנפורד משתמשת בתהליך סרט דק קריסטל יחיד כדי לשלב ספיר טיטניום על מצע מבודד, והשגת שלוש פריצות דרך מרכזיות:
1. תנודת לייזר סף-נמוך במיוחד
על ידי יצירת חלל מיקרו-נדהד של הלחש-גלגול-הרהר, החוקרים השיגו לייזר ספיר טיטניום שדורש רק כוח משאבה ברמת מילוואט
2. מגבר אופטי בעל עוצמה גבוהה
יכולת הכליאה של המצב של Ti: Saoi Waveguide היא מספר סדרי גודל גבוהים יותר מזו של מערכות מסורתיות, ומממשת את המגבר האופטי הראשון של המצב המוצק בעולם עם אורך גל הפעלה מתחת למיקרון 1. מגבר זה יכול להגביר פולסים של פיקוסקונד לכוח שיא של 1. 0 קילוואט ללא עיוות.
3. לייזרים משולבים מכוונים
צוות המחקר פיתח בהצלחה את לייזר הספיר המשולב הראשון של טיטניום משולב בעולם והשתמש בדיודות לייזר ירוקות בעלות נמוכה כמקורות תאורת משאבה לראשונה. פריצת דרך טכנולוגית זו צפויה לממש מערכי לייזר ספיר בקנה מידה גדול, ומספקים אפשרויות חדשות ליישומים אופטיים יוקרתיים עתידיים. התקדמות משמעותית באופטיקה קוונטית ופוטוניקה לא לינארית
בנוסף לפיתוח פלטפורמת TI: SAOI, העיתון כולל גם טכנולוגיה אופטית הפוכה בעיצוב הפוך המבוסס על פלטפורמת הפוטונית של סיליקון קרביד (SIC). Design Inverse חולל מהפכה בתחום הפוטוניקה, מה שמאפשר פיתוח אוטומטי של מבנים מורכבים. עם זאת, היישום של עיצוב הפוך בפוטוניקה לא לינארית עדיין נמצא בחיתוליו.
החוקרים השיגו יצירת פוטונים קוונטית וקלאסית לא לינארית בחללים ננו-אופטיים של קרביד.
עידן האינטגרציה הפוטונית: סיכויים רחבים ליישומים מסחריים
תרומת הליבה של מחקר זה היא להשיג מיניאטוריזציה, עלות נמוכה ומדרגיות של טכנולוגיית לייזר ספיר טיטניום, המספקים כלים חדשים לקהילות המדעיות והתעשייתיות. TI: טכנולוגיית SAOI מציגה סיכויי יישום רחבים בתחומים רבים:
1. מסרקי תדרים אופטיים משמשים לניתוח ספקטרלי דיוק גבוה ומטרולוגיה.
2. הדמיה ביו-אופטית ממלאת תפקיד חשוב בטכנולוגיות הדמיה ברזולוציה גבוהה כמו מיקרוסקופיה של שני פוטונים.
3. תקשורת וקוונטים מחשוב יכולים לשמש כמקורות אור קוונטיים כדי להשיג עיבוד מידע קוונטי יעיל יותר.
