Chèchè UC Santa Barbara yo te devlope yon kontra enfòmèl ant, pri ki ba-lazè ki rival pèfòmans nan laboratwa-echèl sistèm yo. Li itilize atòm rubidyòm ak teknik avanse entegrasyon chip yo ki ap pèmèt aplikasyon pou tankou quantum informatique, kronometre ak kèk anviwònman, ki gen ladan kat satelit ki baze sou gravite.
Lazè yo endispansab pou eksperyans ki mande pou ultra-egzak mezi atomik ak kontwòl, tankou de-foton revèy atomik, frèt-atòm detèktè entèrferomètr ak pòtay pwopòsyonèl. Kle nan efikasite nan lazer se pite espèk yo, ki se emisyon an nan limyè nan yon sèl koulè, oswa frekans. Jodi a, reyisi ultra-ba-bri a, ki estab limyè ki nesesè pou aplikasyon sa yo depann sou ankonbran ak chè sistèm lazè benchtop ki fèt yo jenere ak jere foton nan yon etwat ranje espèk.
Men, sa ki si aplikasyon sa yo atomik te kapab chape anba limit yo nan laboratwa a ak ban an? Sa a se vizyon an kondwi rechèch nan laboratwa a nan Daniel Blumenthal, yon pwofesè nan jeni nan UC Santa Barbara, kote ekip li a ap travay yo replike pèfòmans nan sa yo lazer-wo presizyon nan lejè, aparèy pòtatif.
"Sa yo lazer ti pral pèmèt solisyon lazè évolutive pou sistèm pwopòsyon pratik, osi byen ke lazer pou pòtab, jaden-deplwaye ak espas ki baze sou pwopòsyon detèktè," te di Andrei Isichenko, yon chèchè gradye nan laboratwa Blumenthal la. "Sa a pral gen enplikasyon pou zòn teknoloji tankou quantum informatique lè l sèvi avèk atòm net ak iyon bloke, osi byen ke frèt-atòm detèktè pwopòsyon tankou revèy atomik ak gravimèt."
Nan yon papye ki te pibliye nan jounal syantifik rapò yo, Blumenthal, Isichenko ak ekip yo dekri devlopman yon chip-echèl ultra-ba linewidth pwòp tèt ou-piki-fèmen 780- lazè nanomèt nan direksyon sa a. Chèchè yo te di aparèy la, ki se sou gwosè a nan yon matchbox, ka pèfòme aktyèl etwat-linewidth 780- nm lazer nan yon fraksyon nan pri a fabrikasyon ak espas.
Atòm Rubidium yo te chwazi pou lazè a paske yo gen byen li te ye pwopriyete ki fè yo ideyal pou yon varyete de aplikasyon pou-wo presizyon. Estabilite nan tranzisyon optik D2 yo fè yo ideyal pou revèy atomik; Sansiblite atòm yo tou fè yo yon chwa popilè pou detèktè ak frèt-atòm fizik. Pa pase lazè a nan yon vapè nan atòm rubidyòm ki sèvi kòm yon referans atomik, lazè a tou pre-enfrawouj pran sou pwopriyete yo nan yon tranzisyon ki estab atomik.
"Ou itilize liy tranzisyon atomik pou pèlen lazè a," di Blumenthal, ansyen otè papye a. "Nan lòt mo, pa bloke lazè a nan liy lan tranzisyon atomik, lazè a plis oswa mwens pran sou pwopriyete yo nan ki tranzisyon atomik an tèm de estabilite."
Men, anpenpan limyè wouj pa fè pou yon lazè presizyon. Pou jwenn bon jan kalite ideyal la nan limyè lazè, "bri a" dwe retire li. Blumenthal dekri li kòm yon fouchèt akor kont yon fisèl gita. "Si ou frape yon C ak yon fouchèt akor, li ta ka yon C trè pafè," li te eksplike. "Men, si ou frape yon C sou yon gita, ou ka tande lòt ton nan li." Menm jan tou, limyè lazè ka gen ladan frekans diferan (koulè), kreye plis "ton." Pou pwodwi frekans lan sèl ki nesesè (nan ka sa a, pi gwo limyè wouj), sistèm lan sèvi ak eleman adisyonèl nan plis lis soti limyè a lazè. Defi a pou chèchè yo te pake tout nan fonctionnalités sa a ak pèfòmans sou yon chip sèl.
"Ekip la te itilize yon konbinezon de Commerce disponib Fabry-Perot lazè diodes, ki pi ba-pèdi nan mond lan onn (ki te fèt pa laboratwa Blumenthal a), ak pi wo-bon jan kalite faktè a resonateur, tout fabrike sou yon platfòm nitrid Silisyòm. Nan fè sa, yo te Kapab replike pèfòmans nan sistèm ankonbran benchtop -- Dapre tès yo, aparèy yo depase kèk lazer benchtop, osi byen ke deja rapòte lazer entegre, pa kat lòd nan grandè nan mesures kle tankou bri frekans ak linewidth.
"Siyifikasyon nan valè linewidth ki ba se ke nou ka reyalize lazer kontra enfòmèl ant san sakrifye pèfòmans lazè," Isichenko eksplike. "Nan kèk fason, se pèfòmans amelyore konpare ak lazer konvansyonèl paske nan entegrasyon an plen chip-echèl ki te reyalize. Sa yo linewidths ede nou pi byen kominike avèk sistèm atomik la, elimine kontribisyon nan bri lazè e konsa konplètman rezoud siyal yo atomik nan Repons nan anviwònman an yo santi, elatriye "
Linewidths yo ki ba, pou pwojè sa a, yo se dosye-ba sub-Hertz fondamantal ak sub-kilohertz linewidths entegre, demontre estabilite nan teknoloji lazè a ak kapasite simonte bri soti nan tou de sous ekstèn ak entèn yo.
Lòt avantaj nan teknoloji a gen ladan pri-li itilize $ 50 diodes epi li se fabrike lè l sèvi avèk yon pwosesis manifakti pri-efikas ak évolutive ki bati lè l sèvi avèk CMOS-konpatib pwosesis wafer-echèl, prete nan mond lan nan manifakti chip elektwonik. Siksè nan teknoloji sa a vle di ke sa yo pèfòmans-wo, wo-presizyon, pri ki ba-fotonik lazer entegre ta ka deplwaye nan yon varyete de anviwònman tou de andedan ak deyò laboratwa a, ki gen ladan eksperyans pwopòsyonèl, distribisyon atomik, ak kèk siyal yo pi fèb, tankou chanjman nan akselerasyon gravitasyonèl alantou Latè a.
"Ou ta ka mete enstriman sa yo sou satelit ak kat jeyografik gravite nan ak toupatou nan tè a ak kèk presizyon," Blumenthal te di. "Ou te kapab santi jaden an gravitasyonèl alantou tè a ki mezire monte nivo lanmè, chanjman ki fèt nan glas lanmè, ak tranblemanntè." Li te ajoute: "Teknoloji sa a se kontra enfòmèl ant, ba-pouvwa, ak lejè, fè li ideyal pou deplwaman nan espas."
