Baru-baru ini, tim peneliti di Universitas Stanford di Amerika Serikat berhasil menyelesaikan disertasi doktoral: Titanium: fotonik safir-on-insulator untuk laser dan amplifier on-chip. Hasilnya memperkenalkan proses baru: Titanium: Sapphire Photonics, yang dapat mencapai laser ambang rendah dan amplifikasi laser berdaya tinggi, memberikan kemungkinan baru untuk pengembangan komputasi berkecepatan tinggi, komunikasi data dan sensor optik di masa depan.
Latar Belakang Penelitian
Pengembangan teknologi laser telah memainkan peran penting dalam penelitian ilmiah dan aplikasi industri. Secara khusus, laser titanium (titanium: safir, ti: safir) banyak digunakan dalam sisir frekuensi optik, mikroskop dua-foton dan percobaan optik kuantum karena rentang bandwidth dan rentang yang dapat diatasi. Namun, karena ukurannya yang besar, biaya tinggi dan kebutuhan akan sumber cahaya pompa daya tinggi, penerapan laser titanium safir tradisional sangat terbatas.
Dari desktop ke chip: lompatan teknologi laser titanium safir
Laser titanium safir telah lama menempati posisi inti dalam penelitian ilmiah karena kinerja mereka yang sangat baik. Namun, sistem tradisional besar dan mahal, dan tidak dapat memenuhi kebutuhan portabilitas dan integrasi skala besar. Platform fotonik TIOI: Saoi yang dikembangkan oleh tim Stanford menggunakan proses film tipis kristal tunggal untuk mengintegrasikan titanium safir pada substrat isolasi, mencapai tiga terobosan utama:
1. Osilasi Laser Ambang Ultra-Low
Dengan menciptakan rongga rongga mikro-resonan-galeri-mikro-mode rendah, para peneliti telah mencapai laser titanium safir yang hanya membutuhkan daya pompa tingkat miliwatt
2. Penguat Optik Daya Tinggi
Kemampuan pengurungan mode Ti: SAOI Waveguide adalah beberapa urutan besarnya lebih tinggi dari sistem tradisional, mewujudkan amplifier optik solid-state pertama di dunia dengan panjang gelombang operasi di bawah 1 mikron. Penguat ini dapat memperkuat pulsa picosecond ke daya puncak 1. 0 kilowatt tanpa distorsi.
3. Laser terintegrasi yang dapat disunting
Tim peneliti telah berhasil mengembangkan laser titanium safir terintegrasi pertama di dunia dan menggunakan dioda laser hijau berbiaya rendah sebagai sumber cahaya pompa untuk pertama kalinya. Terobosan teknologi ini diharapkan untuk mewujudkan array laser safir titanium skala besar, yang memberikan kemungkinan baru untuk aplikasi optik kelas atas di masa depan. Kemajuan utama dalam optik kuantum dan fotonik nonlinier
Selain pengembangan platform TI: SAOI, makalah ini juga melibatkan teknologi optik desain terbalik berdasarkan platform fotonik silikon karbida (SIC). Desain terbalik telah merevolusi bidang fotonik, memungkinkan pengembangan otomatis struktur kompleks. Namun, penerapan desain terbalik dalam fotonik nonlinier masih dalam masa pertumbuhan.
Para peneliti mencapai generasi foton nonlinier kuantum dan klasik dalam rongga nano-optik silikon karbida.
Era Integrasi Fotonik: Prospek Luas untuk Aplikasi Komersial
Kontribusi inti dari penelitian ini adalah untuk mencapai miniaturisasi, biaya rendah dan skalabilitas teknologi laser titanium safir, menyediakan alat baru untuk komunitas ilmiah dan industri. Ti: Teknologi SAOI menunjukkan prospek aplikasi yang luas di banyak bidang:
1. Sisir frekuensi optik digunakan untuk analisis spektral presisi tinggi dan metrologi.
2. Pencitraan bio-optik memainkan peran penting dalam teknologi pencitraan resolusi tinggi seperti mikroskop dua foton.
3. Komunikasi dan komputasi kuantum dapat digunakan sebagai sumber cahaya kuantum untuk mencapai pemrosesan informasi kuantum yang lebih efisien.
