Lasers ultrarapides sur de très petites puces

Les lasers sont devenus relativement courants dans los angeles vie quotidienne, mais ils ont de nombreuses utilisations en dehors des spectacles de lumière lors de concert events et de los angeles lecture de codes-barres dans les épiceries. Les lasers revêtent également une grande significance dans les communications et l’informatique ainsi que dans los angeles recherche en biologie, chimie et body.

Dans ces dernières programs, les lasers capables d’émettre des impulsions très courtes – de l’ordre du billionième de seconde (picoseconde) ou plus courtes – sont particulièrement utiles. Grâce à des lasers qui fonctionnent sur des échelles de temps aussi courtes, les chercheurs peuvent étudier des phénomènes physiques et chimiques qui se produisent très rapidement, par exemple los angeles création ou los angeles rupture de liaisons moléculaires lors d’une réaction chimique ou le mouvement des électrons dans les matériaux.

Ces impulsions ultracourtes sont également largement utilisées dans les programs d’imagerie automotive elles peuvent avoir une intensité maximale très élevée mais une puissance moyenne faible, ce qui évite de chauffer ou même de brûler des échantillons tels que des tissus biologiques.

Dans un article paru dans los angeles revue les sciencesAlireza Marandi de Caltech, professeur adjoint de génie électrique et de body appliquée, décrit une nouvelle méthode développée par son laboratoire pour fabriquer ce sort de laser, connu sous le nom de laser à mode verrouillé, sur une puce optique. Les lasers sont fabriqués à partir de composants à l’échelle nanométrique (un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre), ce qui leur permet d’être intégrés dans des circuits basés sur los angeles lumière similaires aux circuits intégrés basés sur l’électricité que l’on trouve dans l’électronique moderne.

« Nous ne cherchons pas seulement à rendre les lasers à motif verrouillé plus compacts », explique Marandi. “Nous sommes ravis de créer un laser à mode verrouillé très performant sur une puce nanophotonique et de le combiner avec d’autres composants. C’est à ce moment-là que nous pourrons construire un système photonique ultrarapide complet dans un circuit intégré. Cela apportera los angeles richesse de los angeles science et de los angeles technologie ultrarapides. , qui appartient actuellement aux expériences à l’échelle métrique, aux puces à l’échelle millimétrique.

Les lasers ultrarapides de ce sort sont si importants pour los angeles recherche que le prix Nobel de body a été décerné cette année à trois scientifiques pour avoir développé des lasers produisant des impulsions attosecondes (une attoseconde équivaut à un cinquième de billionième de seconde). Cependant, ces lasers sont actuellement trop chers et encombrants, explique Marandi, qui word que ses recherches explorent les moyens d’atteindre de tels délais sur des puces qui pourraient être moins chères et plus petites, dans le however de développer des applied sciences photoniques ultrarapides, abordables et déployables.

«Ces expériences Atosseconde sont réalisées presque exclusivement avec des lasers ultrarapides à mode verrouillé», dit-il. “Et certains d’entre eux peuvent coûter jusqu’à 10 tens of millions de bucks, une grande partie de ce coût étant constituée du laser verrouillé. Nous sommes vraiment ravis de réfléchir à los angeles façon dont nous pouvons reproduire ces expériences et ces fonctionnalités en nanophotonique.”

Au cœur du laser à motif nano-photonique développé par le laboratoire Marandi se trouve le niobate de lithium, un sel synthétique aux propriétés optiques et électriques uniques qui, dans ce cas, permet de contrôler et de façonner les impulsions laser par l’utility d’un périphérique radio externe. Fréquence du sign électrique. Cette approche est connue sous le nom de verrouillage en mode actif avec modulation de section dans los angeles cavité.

“Il y a environ 50 ans, les chercheurs ont utilisé los angeles modulation de section dans los angeles cavité dans des expériences en floor pour fabriquer des lasers en mode fermé, et ont décidé que cette méthode n’était pas bien adaptée par rapport à d’autres ways”, explique Kiyoshi Move, premier auteur de l’article et ancien chercheur. chercheur postdoctoral. Au laboratoire Marandi. “Mais nous avons trouvé que cela convenait parfaitement à notre plateforme intégrée.”

“Outre leur petite taille, les lasers présentent également une gamme de propriétés intéressantes. Par exemple, nous pouvons affiner los angeles fréquence de répétition des impulsions de sortie sur une massive plage. Nous pouvons en profiter pour développer des resources en peigne de fréquence stables à l’échelle d’une puce. , qui travaillent actuellement sur « C’est important pour los angeles mesure de fréquence et los angeles détection précise », a déclaré le professeur adjoint au Middle for Complicated Science Analysis de los angeles Town College de New York.

Marandi dit qu’il vise à améliorer encore cette technologie afin qu’elle puisse fonctionner sur des échelles de temps plus courtes et des puissances de crête plus élevées, avec un objectif de 50 femtosecondes (une femtoseconde équivaut à un quadrillionième de seconde), ce qui représenterait une amélioration de 100 fois par rapport à son homologue. L’appareil actuel, qui génère des impulsions d’une durée de 4,8 picosecondes.

Les co-auteurs de l’article sont Benjamin Ok. Gutierrez, étudiant diplômé en body appliquée; Les étudiants diplômés en génie électrique Ryoto Sekine, Robert M. Grey et James A. Williams, Selina Zhou et Mengxin Liu ; Luis Ledesma, chercheur externe en génie électrique ; Luis Costa, anciennement du California Institute of Era et maintenant du Jet Propulsion Laboratory, que Caltech dirige pour los angeles NASA ; et Arkadev Roy, anciennement à Caltech et maintenant à UC Berkeley.