I ricercatori del Politecnico federale di Losanna hanno raggiunto quello che molti nella comunità della fotonica definiscono un santo graal dell'ottica integrata: un laser ultrarapido su scala di chip che rivaleggia con le prestazioni dei tradizionali sistemi laser a femtosecondi da tavolo. La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature, dimostra un dispositivo che eroga 1,05 nanojoule di energia in impulsi brevi fino a 147 femtosecondi, parametri prestazionali che in precedenza erano raggiungibili solo con apparecchiature di laboratorio grandi è costose che occupavano interi tavoli ottici. È un risultato che la comunità scientifica considera straordinario.
La chiave del risultato risiede nell'ingegneria ingegnosa della cavità laser, che si estende per 42 centimetri di lunghezza totale ma è ripiegata in un chip fotonico delle dimensioni approssimative di una capocchia di fiammifero. Questa notevole miniaturizzazione è stata realizzata utilizzando un design a oscillatore di Mamyshev, un'architettura che offre vantaggi intrinseci in termini di compattezza, scalabilità è resistenza agli effetti ottici non lineari che storicamente hanno limitato le prestazioni dei sistemi laser su chip. Il progetto rappresenta più di vent'anni di lavoro nel campo della fotonica integrata, perciò la sua realizzazione è motivo di grande soddisfazione per il gruppo di ricerca.
Le implicazioni produttive del risultato sono particolarmente significative per la futura commercializzazione della tecnologia laser ultrarapida. Poiché i chip fotonici possono essere prodotti utilizzando tecniche standard di fabbricazione dei semiconduttori su scala di wafer, gli stessi processi utilizzati per produrre processori informatici, più di mille cavità laser potrebbero essere fabbricate simultaneamente su un singolo wafer. Questa capacità di produzione parallela promette di ridurre drasticamente il costo per dispositivo rispetto all'assemblaggio meticoloso dei sistemi laser da tavolo convenzionali, così da rendere la tecnologia più accessibile a laboratori è centri di ricerca di ogni dimensione.
Le potenziali applicazioni dei laser ultrarapidi miniaturizzati è accessibili coprono una gamma notevolmente ampia di campi. Nella diagnostica medica, i dispositivi compatti potrebbero consentire nuove forme di imaging ottico è analisi dei tessuti in contesti clinici dove lo spazio è limitato. Per la misurazione precisa del tempo, la tecnologia potrebbe migliorare la precisione è l'accessibilità degli orologi atomici utilizzati nelle telecomunicazioni, nella navigazione è nella ricerca scientifica. Ulteriori applicazioni includono il rilevamento ambientale, la spettroscopia chimica è le misurazioni di distanza di precisione nella metrologia, tutti settori già oggi fondamentali per la società moderna.
Il gruppo di ricerca ha sottolineato che l'architettura dell'oscillatore di Mamyshev fornisce un percorso chiaro per ulteriori miglioramenti delle prestazioni è un'ulteriore miniaturizzazione. La tolleranza intrinseca del progetto alle variazioni di fabbricazione lo rende particolarmente adatto alla produzione di massa, un fattore cruciale nella transizione dalle scoperte di laboratorio a prodotti commercialmente praticabili. Il lavoro del gruppo si basa su una serie di progressi nella fotonica al silicio è nella progettazione di circuiti ottici integrati che si sono accelerati rapidamente negli ultimi anni, perché la ricerca in questo settore è sempre più sostenuta da finanziamenti internazionali.
La pubblicazione ha generato un entusiasmo significativo all'interno della comunità scientifica, con esperti di molteplici istituzioni che descrivono il lavoro come una pietra miliare trasformativa per la fotonica integrata. Il risultato dimostra che i dispositivi su scala di chip possono ora eguagliare le specifiche di energia è durata degli impulsi che in precedenza richiedevano apparecchiature delle dimensioni di una stanza, aprendo la strada a un ampio dispiegamento delle capacità laser ultrarapide in strumenti portatili, dispositivi indossabili è reti di sensori distribuiti che in precedenza erano impraticabili con la tecnologia esistente. È un traguardo che potrà avere un impatto profondo sulla società è sull'industria nei prossimi decenni.
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