O uso de lasers na vida cotidiana tornou-se relativamente comum e também pode ser uma ferramenta importante para observar, analisar e quantificar coisas na natureza que são invisíveis a olho nu - tarefas que, infelizmente, foram limitadas no passado por a necessidade de utilizar instrumentos grandes e caros.
Uma equipe de cientistas da City University of New York e da equipe do California Institute of Technology demonstrou experimentalmente uma nova maneira de fabricar lasers ultrarrápidos e de alto desempenho em chips nanofotônicos - eles demonstraram os primeiros lasers de modo bloqueado eletricamente bombeados do mundo com alta potência de pulso de pico integrada em fotochips de niobato de lítio de filme fino. A pesquisa foi publicada recentemente como matéria de capa na revista Science.
A pesquisa é baseada em um laser miniaturizado com modo bloqueado – que emite um laser único que emite um trem de pulsos de luz coerentes ultracurtos em intervalos de femtossegundos, disse o líder da equipe, Qiushi Guo.
Os lasers ultrarrápidos com modo bloqueado desempenham um papel central na desvendação dos mistérios das escalas de tempo mais rápidas da natureza, que incluem o estudo da formação e quebra de ligações moleculares em reações químicas e a exploração da dinâmica da propagação da luz em meios turbulentos.
É o desenvolvimento de lasers de modo bloqueado, devido às suas rápidas intensidades de pico de pulso e ampla cobertura espectral, que também alimentou o desenvolvimento de uma variedade de tecnologias fotônicas, incluindo relógios atômicos ópticos, bioimagem e computação de dados baseada em luz. em computadores.
Infelizmente, mesmo os lasers de modo bloqueado de última geração ainda são caros e consomem muita energia, o que fez com que seu uso fosse amplamente limitado a ambientes de laboratório.
O objetivo da equipe mencionada: é revolucionar o campo da fotônica ultrarrápida, transformando grandes sistemas laboratoriais em sistemas do tamanho de chips que podem ser produzidos em massa e implantados em campo. Eles querem apenas tornar as coisas menores, mas também querem ter certeza de que esses lasers ultrarrápidos do tamanho de um chip forneçam desempenho satisfatório. Por exemplo, eles precisam de intensidade de pulso de pico suficiente, de preferência mais de 1 watt, para construir sistemas significativos em escala de chip.
No entanto, realizar e integrar lasers eficientes com modo bloqueado em um chip é uma tarefa desafiadora. Esta pesquisa utiliza niobato de lítio de película fina (TFLN), uma plataforma de material inovadora. Usando este material, é possível controlar com precisão e formar pulsos de laser com eficiência, adicionando um sinal elétrico de RF externo.
Em seus experimentos, a equipe de Guo combinou habilmente as características de alto ganho de laser dos semicondutores III-V com a capacidade altamente eficiente de modelagem de pulso dos guias de onda nanofotônicos TFLN, demonstrando em última análise um laser com uma potência de pico de saída de até 0,5 watts. .
Além de seu tamanho compacto, o laser de modo bloqueado que eles demonstraram possui vários novos recursos interessantes que podem ser uma grande promessa para aplicações futuras.
Por exemplo, ao ajustar com precisão a corrente da bomba do laser, Guo percebeu a capacidade de ajustar a frequência de repetição do pulso de saída em uma ampla faixa de 200 MHz. Usando a robusta reconfigurabilidade do laser de demonstração, a equipe espera facilitar fontes de pente em escala de chip e estabilizadas em frequência, essenciais para aplicações de detecção de precisão.
Embora a realização de sistemas fotônicos escalonáveis, integrados e ultrarrápidos para dispositivos portáteis apresente desafios adicionais para a equipe de Kuo, a demonstração atual marca um marco importante na superação de grandes obstáculos.
Essa conquista abre caminho para o uso de telefones celulares para diagnosticar doenças oculares ou analisar E. coli e vírus perigosos em alimentos e no meio ambiente. Também poderia ajudar a criar os relógios atômicos em escala de chip do futuro, permitindo a navegação quando o GPS estiver danificado ou indisponível.
Os cientistas superaram um grande obstáculo com esta última demonstração. No entanto, os cientistas estão ansiosos para enfrentar os obstáculos adicionais do desenvolvimento de sistemas fotônicos escaláveis, integrados e ultrarrápidos que possam ser usados em dispositivos portáteis e portáteis.
