Ученые планируют втиснуть сотни или тысячи мощных титан-сапфировых лазеров на четырехдюймовую пластину нового чипа.
Исследователи из Стэнфорда создали титан-сапфировые (Ti:Sa) лазеры, которые в 10 000 раз меньше любых предыдущих подобных устройств, и поместили их на чип.
До сих пор такие лазеры стоили более $100 000. Но с новым подходом, изложенным 26 июня в журнале Nature , ученые полагают, что стоимость может снизиться до $100 за лазер. Они также утверждали, что в будущем на одной четырехдюймовой пластине можно будет построить тысячи лазеров — и стоимость одного лазера может стать минимальной. Эти малогабаритные лазеры можно будет использовать в будущих квантовых компьютерах, в нейробиологии и даже в микрохирургии.
Экспериментальный лазер основан на двух важнейших процессах. Во-первых, они измельчили кристалл сапфира до слоя толщиной всего в несколько сотен нанометров. Затем они создали закрученный вихрь из крошечных выступов, в который они направили зеленую лазерную указку. С каждым вращением внутри этого вихря интенсивность лазера увеличивалась.
«Одной из самых сложных частей было производство платформы», — рассказал Live Science соавтор исследования Джошуа Янг, докторант Стэнфорда. «Сапфир — очень прочный материал. И когда вы его шлифуете, зачастую ему это не нравится, он трескается или повреждает то, что вы пытаетесь шлифовать».
По теме: Новое изобретение превращает любой смартфон или дисплей телевизора в голографический проектор
Однако после решения этой проблемы Ян описал процесс как «гладкий ход». Но он хотел подчеркнуть, что, хотя команда находится в начальной точке, они уже могут «работать с полупроводниковой лазерной технологией, которая созрела более чем за десятилетие». Одна из причин оптимизма команды заключается в том, что ее лазеры можно настраивать на разные длины волн: от 700 до 1000 нанометров, или от красного до инфракрасного. Это имеет решающее значение для атомных исследователей, сказал Ян, приведя в пример твердотельные кубиты. «Этим атомным системам требуются разные энергии [для перехода из одного состояния в другое]», — сказал он. «Если вы покупаете один лазер с небольшой полосой пропускания усиления, а другой переход находится за ее пределами, то вам придется купить другой лазер для решения этой другой системы».
Интенсивность лазера увеличивается за счет серии вихрей на поверхности кристалла.(Изображение предоставлено: Джошуа Лэнг и др., Nature.)
Ян и его коллеги также создали компанию Brightlight Photonics для коммерциализации технологии.
«Первая возможность, которую мы действительно видим, — это рынок академических исследований», — сказал Ян. «Как исследователи, мы знаем эту потребность в лазерах. И мы знаем, что то, что мы можем предоставить, намного лучше того, что сейчас есть на рынке».
Хотя Ян не стал называть точную цену, он сказал, что она будет зависеть от встроенных функций, но она, безусловно, будет на порядок ниже, чем у нынешних Ti:Sa-лазеров. Миниатюрные лазеры можно использовать в квантовых компьютерах, что позволит сделать их намного меньше. Они также могут произвести революцию в области оптогенетики, сказал Ян, где ученые контролируют нейроны с помощью света, направляемого внутрь мозга; в настоящее время они используют технологию толстого оптического волокна. Наконец, миниатюрные лазеры Ti:Sa можно использовать в лазерной хирургии.
Все это зависит от того, смогут ли Янг и его коллеги успешно продолжить миниатюризацию и массовое производство этой технологии, чтобы сотни, а то и тысячи лазеров могли поместиться на одной четырехдюймовой пластине. Однако Ян уверен в успехе, говоря, что, по его мнению, первый «настраиваемый лазер» для академических пользователей может поступить в продажу в течение двух лет. Он добавил: «Потенциальные возможности применения этих миниатюрных лазеров огромны, и кто знает, где мы будем через пять лет?»
автор: Тим Дэнтон: журналист и редактор, освещающий технологии и инновации с 1999 года. В настоящее время он является главным редактором PC Pro, одного из ведущих технологических журналов Великобритании, и автором книги по истории вычислительной техники под названием The Computers That Made Britain. В настоящее время он работает над продолжением, в котором рассматриваются самые первые компьютеры, включая ENIAC. Его работы также публиковались в The Guardian, Which? и The Sunday Times. Он живет в Бакингемшире, Великобритания.
фото: (Изображение предоставлено: Джошуа Лэнг и др., Nature.)