Учені створили ефективний титан-сапфіровий лазер на чипі: де його застосують

Дослідники зі Стенфордського університету розробили титан-сапфіровий (Ti:sapphire) лазер на чіпі. Він має знайти широке застосування в промисловості, медицині, квантових обчисленнях, пише журнал Nature.

Титан-сапфірові лазери відомі своїми неперевершеними характеристиками в квантовій оптиці, спектроскопії та нейробіології завдяки широкій смузі посилення і надшвидким світловим імпульсам. Однак громіздкий розмір і висока вартість обмежують їхнє застосування. Традиційні Ti:sapphire лазери займають кубічні фути (фут — 30 см — ред.) за обсягом і можуть коштувати сотні тисяч доларів. Ба більше, для подачі енергії, необхідної для їхньої роботи, потрібні потужні лазери вартістю 30 000 доларів кожен.

Новий титан-сапфіровий лазер розміром з мікросхему, розроблений командою зі Стенфордського університету, усуває ці обмеження. Прототип у 10 000 разів менший і в 1000 разів дешевший, ніж звичайні титан-сапфірові лазери. Замість одного великого і дорогого лазера будь-яка лабораторія незабаром зможе мати сотні Ti:sapphire лазерів на одному чіпі. Їх можна підживлювати зеленою лазерною указкою, пояснили вчені.

Дослідники застосували об'ємний шар титан-сапфіра на платформі з діоксиду кремнію поверх сапфірового кристала. Потім вони перетворили його на шар завтовшки всього в кілька сотень нанометрів і нанесли на нього крихітні гребені, що діють як хвилеводи для посилення світла. Додавання мікронагрівача дало змогу налаштувати довжину хвилі випромінюваного світла в діапазоні від 700 до 1000 нанометрів.

Титан-сапфіровий лазер знайде застосування в квантових обчисленнях. Він може сприяти скороченню масштабу квантових комп'ютерів. У нейробіології він дозволив би створювати більш компактні оптогенетичні зонди. В офтальмології — просунути вперед лазерну хірургію і дослідження сітківки.

Зараз група розробників зосереджена на вдосконаленні нового лазера і вивченні методів його масового виробництва.

Раніше ми писали про те, що надємні конденсатори підвищать питому потужність чипів у 170 разів. Міктоелектроніка стане набагато краще використовувати енергію завдяки конденсаторам нового покоління з оксиду гафнію та оксиду цирконію.