Recentment, un equip de recerca de la Universitat de Stanford dels Estats Units va completar amb èxit una dissertació de doctorat: Titani: Sapphire-on Insulator Photonics per a làsers i amplificadors en xip. Els resultats van introduir un nou procés: Titani: Sapphire Photonics, que pot aconseguir un làser de baix llindar en xip i una amplificació làser d’alta potència, proporcionant noves possibilitats per al desenvolupament de computació d’alta velocitat, comunicació de dades i sensors òptics en el futur.
Investigació de fons
El desenvolupament de la tecnologia làser ha tingut un paper vital en la investigació científica i les aplicacions industrials. En particular, els làsers de titani (Titani: Sapphire, Ti: Sapphire) s’utilitzen àmpliament en pintes òptiques de freqüència, microscòpia de dos fotons i experiments òptics quàntics a causa de la seva amplada de banda i rang ajustable. No obstant això, a causa de la seva gran mida, el elevat cost i la necessitat de fonts de llum de bombes d’alta potència, l’aplicació de làsers tradicionals de safir de titani és molt limitada.
Des de l'escriptori fins al xip: el salt tecnològic dels làsers de safir de titani
Els làsers de safir de titani han ocupat durant molt de temps una posició bàsica en la investigació científica a causa del seu excel·lent rendiment. Tanmateix, els sistemes tradicionals són grans i costosos i no poden satisfer les necessitats de portabilitat i integració a gran escala. La plataforma fotònica TI: Saoi desenvolupada per l’equip de Stanford utilitza un únic procés de pel·lícula de cristall per integrar el safir de titani en un substrat aïllant, aconseguint tres avenços clau:
1. Oscil·lació làser de llindar ultra-baix
Creant una cavitat micro-ressonant en mode de galeries de baix contingut, els investigadors han aconseguit un làser de safir de titani que només requereix la potència de la bomba a nivell de Milliwatt
2. Amplificador òptic d'alta potència
La capacitat de confinament del mode de la guia d'ona Ti: Saoi és diversos ordres de magnitud superiors a les dels sistemes tradicionals, realitzant el primer amplificador òptic d'estat sòlid del món amb una longitud d'ona de funcionament inferior a 1 micron. Aquest amplificador pot amplificar els polsos picosegond a una potència màxima de 1. 0 quilowatt sense distorsió.
3. Làsers integrats ajustables
L’equip d’investigació ha desenvolupat amb èxit el primer làser integrat de titani sintonitzat del món i ha utilitzat díodes làser verd de baix cost com a fonts de llum de la bomba per primera vegada. S’espera que aquest avenç tecnològic realitzi matrius de làser de safir de titani a gran escala, proporcionant noves possibilitats per a futures aplicacions òptiques de gamma alta. Avanços principals en òptica quàntica i fotònica no lineal
A més del desenvolupament de la plataforma TI: SAOI, el document també inclou una tecnologia òptica de disseny invers basada en la plataforma fotònica de carbur de silici (SIC). El disseny invers ha revolucionat el camp de la fotònica, fent possible el desenvolupament automatitzat d’estructures complexes. Tot i això, l’aplicació de disseny invers en fotònica no lineal continua a la seva infància.
Els investigadors van aconseguir una generació de fotons no lineals quàntics i clàssics en cavitats nano-òptiques de carbur de silici.
L’època de la integració fotònica: perspectives àmplies per a aplicacions comercials
La contribució bàsica d’aquesta investigació és aconseguir la miniaturització, el baix cost i l’escalabilitat de la tecnologia làser de safir de titani, proporcionant noves eines per a les comunitats científiques i industrials. TI: La tecnologia SAOI mostra àmplies perspectives d'aplicacions en molts camps:
1. Els pintes de freqüència òptica s’utilitzen per a l’anàlisi i la metrologia espectrals d’alta precisió.
2. La imatge bio-òptica té un paper important en les tecnologies d’imatge d’alta resolució com la microscòpia de dos fotons.
3. La comunicació quàntica i la informàtica es poden utilitzar com a fonts de llum quàntica per aconseguir un processament d’informació quàntica més eficient.
