Apèsi sou lekòl la Lazè yo te revolisyone mond lan depi ane 1960 yo epi kounye a se yon zouti endispansab nan aplikasyon modèn, soti nan operasyon dènye kri ak fabrikasyon presizyon nan transmisyon fib-optik done. Sepandan, kòm demann pou aplikasyon lazè ap grandi, defi tou leve. Pou egzanp, mache a pou lazè fib ap agrandi, epi yo kounye a yo itilize sitou nan koupe endistriyèl, soude, ak aplikasyon pou make. Lazè fib sèvi ak fib optik dope ak eleman latè ki ra (èrbyòm, ittèrbyòm, neyodim, elatriye) kòm mwayen an genyen optik. Lazè fib pwodui travès kalite siperyè, pouvwa pwodiksyon segondè, efikasite segondè, pri antretyen ki ba, ak rezistans, epi yo jeneralman pi piti pase lazè gaz. Lazer fib yo tou "estanda an lò" pou bri faz ki ba, ki vle di ke travès yo ka rete estab pou yon tan long. Malgre sa, gen yon demann k ap grandi pou miniaturizasyon nan lazè fib chip-echèl. Lazè fib ki baze sou Erbium yo nan enterè patikilye paske yo satisfè tout kondisyon yo pou kenbe segondè koerans ak estabilite nan lazè a. Sepandan, ki jan yo kenbe pèfòmans nan lazè fib nan yon ti echèl te toujou yon defi pou miniaturize lazè fib.
Kounye a, yon ekip syantis ki te dirije pa Doktè Yang Liu ak Pwofesè Tobias Kippenberg nan EPFL te kreye premye lazè gid ond erbiyòm ki entegre chip-entegre ki apwoche pèfòmans lazè fib pandan y ap konbine tunability lajè longèdonn ak pratik nan fotonik chip-echèl. entegrasyon. Etid la te pibliye nan Nature Photonics.
Imaj yon lazè erbium entegre ibrid ki konplètman pake ki baze sou yon chip entegre fotonik nitrure Silisyòm, ki bay koerans lazè fib ak tunability frekans deja pa ka atenn. Sous: Andrea Bancora ak Yang Liu (EPFL).
Faktori yon lazè chip-echèl
Chèchè yo te devlope yon lazè erbium chip-echèl lè l sèvi avèk pwosesis fabrikasyon dènye modèl yo. Yo premye bati yon kavite optik yon sèl mèt-long sou-chip (yon seri miwa ki bay fidbak optik) sou yon ultra-ba-pèt Silisyòm nitrure fotonik chip entegre. "Malgre ti gwosè chip la, nou te kapab desine kavite lazè a pou yon mèt longè, gras a entegrasyon sa yo résonateur mikwo-twou, ki efektivman pwolonje chemen optik la san yo pa elaji fizikman aparèy la," te di Dr. Yang Liu. Lè sa a, ekip la te implanté yon gwo konsantrasyon iyon èrbium nan chip la pou pwodwi oaza aktif benefis mwayen ki nesesè pou lasing. Finalman, yo entegre kous la ak yon lazè ponp semi-conducteur III-V pou eksite iyon erbium yo, sa ki lakòz yo emèt limyè ak pwodwi yon reyon lazè.
Figi 1: Hybrid entegre Er: Si3N4 lazè. Sous: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji et al., "Yon lazè ki baze sou erbium entegre konplètman ibrid", Nature Photonics (2024). Pou rafine pèfòmans lazè a epi pèmèt kontwòl egzak longèdonn, chèchè yo te envante yon konsepsyon inovatè intracavity lè l sèvi avèk yon filtè Vernier ki baze sou mikropor, yon filtè optik ki kapab chwazi frekans limyè espesifik. Filtè sa a ka dinamikman ajiste longèdonn lazè a sou yon pakèt domèn, fè li versatile ak apwopriye pou yon varyete aplikasyon. Konsepsyon sa a sipòte lazè sèl-mòd ki estab ak yon lajè liy intrinsèque sèlman 50 Hz.
Li tou gen siyifikatif bò-mòd repwesyon - lazè a kapab emèt limyè nan yon sèl, frekans ki estab pandan y ap minimize entansite a nan lòt frekans ("mòd bò"). Sa a asire pwodiksyon "pwòp" ak ki estab atravè tout seri espèk la pou aplikasyon pou gwo presizyon.
Figi 2: Hybrid entegre Er:Si3N4vernier lazè opere nan sèl-mòd lasing. Sous: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji et al., "Yon lazè ki baze sou erbium entegre konplètman ibrid," Nature Photonics (2024). Pouvwa, presizyon, estabilite, ak bri ki ba lazè fib erbium chip-echèl la gen yon pouvwa pwodiksyon ki gen plis pase 10 mW ak yon rapò sipresyon bò-mòd ki gen plis pase 70 dB, ki se pi bon pase anpil sistèm konvansyonèl yo. Li gen tou yon lajè liy trè etwat, ki vle di ke limyè a li emèt se trè pi ak ki estab, ki enpòtan pou aplikasyon aderan tankou deteksyon, jiroskop, lidar, ak metroloji frekans optik. Filtè Vernier ki baze sou mikwotwo a bay lazè a lajè longèdonn tunability nan 40 nm nan C-band ak L-band (ranje longèdonn yo itilize pou telekominikasyon), depase lazè fib konvansyonèl nan akor ak ba espèk espèk ("spurs" se frekans vle). ) pandan y ap rete konpatib ak aktyèl pwosesis fabrikasyon semi-conducteurs.
Figi 3: Demonstrasyon akor bande nan longèdonn lazè. Sous: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji, et al., "Yon ibrid konplètman ibrid lazè ki baze sou erbium," Nature Photonics (2024). Lazè pwochen jenerasyon
Miniaturize ak entegre lazè fib èrbyòm nan aparèy chip-echèl ka diminye pri jeneral yo, fè yo itil pou sistèm pòtab, trè entegre nan telekominikasyon, dyagnostik medikal, ak elektwonik konsomatè.
Figi 4: Fully hybrid entegre lazè karakterizasyon bri ak EDWL. Sous: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji et al, "Yon lazè ki baze sou erbium ki konplètman ibrid," Nature Photonics (2024). Li te kapab tou diminye teknoloji optik pou yon varyete lòt aplikasyon, tankou LIDAR, fotonik mikwo ond, sentèz frekans optik, ak kominikasyon espas lib. di Dr Yang Liu, "Zòn aplikasyon pou nouvo lazè entegre erbium-doped sa a se nòmalman illimité."
