Прорывная лазерная технология

Полупроводниковые лазеры нужны везде: в микроэлектронике, смартфонах, для оптоволоконной связи. Проблема в том, что они часто работают с малым кпд и дают излучение невысокого качества по частоте, что неприемлемо для некоторых технологий, например изготовления лазерных частотных гребенок для измерения времени или астрономических наблюдений.

Исследователи Высшей политехнической школы Лозанны под руководством профессора Камиллы Брес (Camille Brès) разработали миниатюрное гибридное устройство, способное улучшить лазерные технологии. Физики создали микрорезонатор из нитрида кремния, который преобразует свет полупроводникового лазера и выдает высококачественное излучение. В резонаторе свет от лазера проходит по микроскопическим волноводам в маленькие полости, так называемые микрокольцевые резонаторы, которые избирательно вырезают и усиливают определенные длины волн из широкого возбуждающего спектра.

Ученые объединили лазер и резонатор в гибридное устройство размером с чип, который может излучать в ближнем инфракрасном и видимом диапазонах длин волн. Резонатор практически не поглощает и не рассеивает свет, то есть потерь нет. Крошечный чип изготовляют с помощью стандартной экономичной технологии.

Другое важное качество разработки — способность гибридной системы удваивать частоту, то есть генерировать вторую гармонику света, исходящего от полупроводникового лазера. Нитрид кремния не обладает специфическим нелинейным эффектом, однако условия для удвоения частоты возникают в нем благодаря появлению электромагнитной волны, которая меняет его свойства и делает нелинейным. Таким образом излучение ближнего инфракрасного диапазона можно преобразовать в видимое. Обычно для этого нужны мощные лазерные источники, особые нелинейные кристаллы и сложные оптические установки.

Как правило, ближний инфракрасный диапазон используют в телекоммуникациях, а более высокие частоты — в медицинских приборах. Новая эффективная, дешевая и компактная технология открывает двери для новых применений, например точного измерения расстояний или разработки компактных атомных часов для навигации на Земле, ее орбите и в далеком космосе. Исследование опубликовано в журнале Light: Science & Applications.