Мініатюрні лазери з вузькою шириною лінії і перебудовою довжини хвилі випромінювання

Мініатюрні лазери видимого діапазону з вузькою шириною лінії і перебудовою довжини хвилі випромінювання

            Група науковців з Колумбійського університету міста Нью-Йорк, США, очолювана PhD Mateus Corato Zanarella під керівництвом професора Michal Lipson, вперше продемонструвала мініатюрну фотонну інтегровану систему переналаштовуваних лазерів з вузькою шириною лінії для довжин хвиль у видимому діапазоні спектра. Поєднавши нітрид-кремнієві резонатори мікрометрового розміру та комерційні лазерні діоди Фабрі-Перо, вони створили недорогі лазери, які вміщуються на кінчику нігтя, з продуктивністю, яка раніше була досяжна лише у великих і дорогих настільних лазерах. Така інтегрована система дозволяє створювати лазери з кольорами від майже ультрафіолетового до ближнього інфрачервоного в одному фотонному чіпі з грубим налаштуванням до 12,5 нм, тонким налаштуванням без перестрибування мод до 33,9 ГГц, власною шириною лінії до кількох кГц, потужністю у приєднаному волокні до 10 мВт, швидкістю переналаштування частоти до 267 ГГц/мкс і коефіцієнтом придушення бічних мод понад 35 дБ.

            Досягненням цієї роботи є демонстрація використання інтегрованої фотоніки для суттєвого зменшення розміру складних лазерних систем. Комерційні лазерні діоди з резонатором у вигляді інтерферометра Фабрі-Перо типово випромінюють кілька мод (світло різних відтінків кольору). Але навіть якщо їхнє випромінювання є одномодовим, може відбуватись перестрибування на іншу моду внаслідок зміни температури. У цій роботі такі діоди поєднано з фотонним інтегрованим чіпом (photonic integrated chip, PIC). Завдяки  селективному й керованому оптичному зворотному зв’язку, лазер змушують випромінювати лише одну моду (один колір високої чистоти). Точне налаштування довжини хвилі здійснюється за допомогою вбудованих у PIC мікронагрівачів.

            Такі лазери на чіпі є потужним інструментом для наступного покоління технологій у таких сферах, як квантові інформаційні системи, портативні атомні годинники, лазерні дисплеї, біосенсори, підводне зондування (LIDAR) та цифровий бездротовий зв’язок за допомогою видимого світлі (Li-Fi).