Recentemente, uma equipe de pesquisa da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, concluiu com êxito uma dissertação de doutorado: Titanium: Sapphire-on-Insulator Photonics para lasers e amplificadores no chip. Os resultados introduziram um novo processo: Titanium: Sapphire Photonics, que pode atingir a amplificação a laser de baixo limiar no chip e de alta potência, fornecendo novas possibilidades para o desenvolvimento de computação de alta velocidade, comunicação de dados e sensores ópticos no futuro.
Antecedentes de pesquisa
O desenvolvimento da tecnologia a laser desempenhou um papel vital na pesquisa científica e nas aplicações industriais. Em particular, os lasers de safira de titânio (titânio: safira, Ti: safira) são amplamente utilizados em peças de frequência óptica, microscopia de dois fotões e experimentos ópticos quânticos devido à sua largura de banda de ultra larga e faixa ajustável. No entanto, devido ao seu tamanho grande, alto custo e à necessidade de fontes de luz da bomba de alta potência, a aplicação dos lasers tradicionais de safira de titânio é bastante limitada.
Do desktop ao chip: o salto tecnológico de lasers de safira de titânio
Os lasers de safira de titânio há muito ocupam uma posição central na pesquisa científica devido ao seu excelente desempenho. No entanto, os sistemas tradicionais são grandes e caros e não podem atender às necessidades de portabilidade e integração em larga escala. A plataforma fotônica de TI: SAOI, desenvolvida pela equipe de Stanford, usa um único processo de filme fino de cristal para integrar a safira de titânio em um substrato isolante, alcançando três principais avanços:
1. Oscilação a laser de limiar ultra-baixa
Ao criar uma cavidade micro-ressonante em moda sussurrada de baixa perda, os pesquisadores alcançaram um laser de safira de titânio que requer apenas a potência da bomba de nível Milliwatt
2. Amplificador óptico de alta potência
A capacidade de confinamento de modo do guia de onda Ti: SAOI é várias ordens de magnitude mais altas que a dos sistemas tradicionais, percebendo o primeiro amplificador óptico de estado sólido do mundo com um comprimento de onda operacional abaixo de 1 mícrons. Este amplificador pode amplificar pulsos de picossegundos para um pico de potência de 1. 0 quilowatt sem distorção.
3. Lasers integrados ajustáveis
A equipe de pesquisa desenvolveu com sucesso o primeiro laser de safira de titânio integrado do mundo e usou diodos a laser verdes de baixo custo como fontes de luz da bomba pela primeira vez. Espera-se que esse avanço tecnológico realize matrizes de laser de safira de titânio em larga escala, fornecendo novas possibilidades para futuras aplicações ópticas de ponta. Grande progresso na óptica quântica e fotônica não linear
Além do desenvolvimento da plataforma Ti: SAOI, o artigo também envolve a tecnologia óptica de design inverso com base na plataforma fotônica de carboneto de silício (SIC). O projeto inverso revolucionou o campo da fotônica, possibilitando o desenvolvimento automatizado de estruturas complexas. No entanto, a aplicação do projeto inverso em fotônicas não lineares ainda está em sua infância.
Os pesquisadores obtiveram geração de fótons quântica e clássica não-linear em cavidades nano-ópticas de carboneto de silício.
A era da integração fotônica: amplas perspectivas de aplicações comerciais
A principal contribuição desta pesquisa é alcançar a miniaturização, baixo custo e escalabilidade da tecnologia a laser de safira de titânio, fornecendo novas ferramentas para as comunidades científicas e industriais. TI: A tecnologia SAOI mostra amplas perspectivas de aplicativos em muitos campos:
1. Os pentes de frequência óptica são usados para análise e metrologia espectral de alta precisão.
2. A imagem bio-óptica desempenha um papel importante nas tecnologias de imagem de alta resolução, como microscopia de dois fótons.
3. A comunicação quântica e a computação podem ser usadas como fontes quânticas de luz para obter um processamento de informações quânticas mais eficiente.
