Penggunaan laser dalam kehidupan sehari-hari telah menjadi relatif umum, dan laser juga dapat menjadi alat penting untuk mengamati, menganalisis, dan mengukur hal-hal di alam yang tidak terlihat dengan mata telanjang - tugas-tugas yang, sayangnya, di masa lalu dibatasi oleh teknologi. kebutuhan untuk menggunakan instrumen yang besar dan mahal.
Sebuah tim ilmuwan dari City University of New York dan tim California Institute of Technology telah secara eksperimental mendemonstrasikan cara baru untuk membuat laser ultracepat berkinerja tinggi pada chip nanofotonik - mereka telah mendemonstrasikan laser mode-locked yang dipompa secara elektrik pertama di dunia dengan daya tinggi. daya pulsa puncak terintegrasi pada chip foto litium niobate film tipis. Penelitian ini baru-baru ini dipublikasikan sebagai cerita sampul di jurnal Science.
Penelitian ini didasarkan pada laser mode-terkunci mini - yang memancarkan laser unik yang memancarkan rangkaian pulsa cahaya koheren ultrapendek pada interval femtodetik, kata pemimpin tim Qiushi Guo.
Laser dengan mode ultrafast memainkan peran penting dalam mengungkap misteri skala waktu tercepat di alam, termasuk mempelajari pembentukan dan pemutusan ikatan molekul dalam reaksi kimia dan mengeksplorasi dinamika perambatan cahaya dalam media turbulen.
Perkembangan laser dengan mode terkunci, karena intensitas puncak pulsa yang cepat dan cakupan spektral yang luas, juga memicu pengembangan berbagai teknologi fotonik, termasuk jam atom optik, bio-imaging, dan komputasi data berbasis cahaya. di komputer.
Sayangnya, bahkan laser mode-terkunci yang canggih saat ini masih mahal dan boros daya, sehingga penggunaannya sebagian besar terbatas pada lingkungan laboratorium.
Tujuan dari tim yang disebutkan di atas: adalah merevolusi bidang fotonik ultracepat dengan mengubah sistem laboratorium besar menjadi sistem berukuran chip yang dapat diproduksi secara massal dan diterapkan di lapangan. Mereka hanya ingin menjadikannya lebih kecil, namun mereka juga ingin memastikan bahwa laser berukuran chip ultracepat ini memberikan kinerja yang memuaskan. Misalnya, mereka memerlukan intensitas pulsa puncak yang memadai, sebaiknya lebih dari 1 watt, untuk membangun sistem skala chip yang bermakna.
Namun, mewujudkan dan mengintegrasikan laser mode-terkunci yang efisien pada sebuah chip adalah tugas yang menantang. Penelitian ini menggunakan film tipis lithium niobate (TFLN), sebuah platform material inovatif. Dengan menggunakan bahan ini, dimungkinkan untuk mengontrol secara tepat dan efisien membentuk pulsa laser dengan menambahkan sinyal listrik RF eksternal.
Dalam eksperimen mereka, tim Guo dengan terampil menggabungkan karakteristik penguatan laser yang tinggi dari semikonduktor III-V dengan kemampuan pembentukan pulsa yang sangat efisien dari pandu gelombang nanofotonik TFLN, yang pada akhirnya mendemonstrasikan laser dengan daya puncak keluaran hingga 0,5 watt .
Selain ukurannya yang ringkas, laser mode-terkunci yang mereka tunjukkan memiliki beberapa fitur baru menarik yang sangat menjanjikan untuk aplikasi di masa depan.
Misalnya, dengan menyetel arus pompa laser secara tepat, Guo menyadari kemampuan untuk menyempurnakan frekuensi pengulangan pulsa keluaran pada rentang luas 200 MHz. Dengan menggunakan kemampuan konfigurasi ulang laser demonstrasi yang kuat, tim berharap dapat memfasilitasi sumber sisir skala chip dan frekuensi stabil yang penting untuk aplikasi penginderaan presisi.
Meskipun mewujudkan sistem fotonik ultracepat yang skalabel, terintegrasi, dan ultracepat untuk perangkat portabel dan genggam menghadirkan tantangan tambahan bagi tim Kuo, demonstrasi kali ini menandai tonggak penting dalam mengatasi rintangan besar.
Pencapaian ini membuka jalan bagi penggunaan ponsel untuk mendiagnosis penyakit mata atau menganalisis E. coli dan virus berbahaya dalam makanan dan lingkungan. Hal ini juga dapat membantu menciptakan jam atom berskala chip di masa depan, memungkinkan navigasi ketika GPS rusak atau tidak tersedia.
Para ilmuwan telah mengatasi rintangan besar dengan demonstrasi terbaru ini. Meskipun demikian, para ilmuwan berharap dapat mengatasi rintangan tambahan dalam mengembangkan sistem fotonik ultracepat yang terukur, terintegrasi, dan dapat digunakan pada perangkat portabel dan genggam.
