Разработан миниатюрный синий лазер с частотой переключения в миллион герц

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) создали миниатюрную синюю лазерную установку на базе фотонного чипа, способную менять частоту излучения до одного миллиона раз в секунду. При этом в режиме непрерывной генерации ширина спектральной линии не превышала 30 кГц. Итоги научной работы обнародованы в авторитетном издании Nature Photonics.

Конструкция базируется на стандартном синем лазере, интегрированном с фотонной интегральной схемой, которая оснащена микрорезонатором кольцевого типа. Этот элемент фильтрует световой поток заданной частоты и ретранслирует часть луча обратно в источник, обеспечивая стабилизацию. Геометрические параметры волновода выверили с прецизионной точностью до 25 нм для минимизации потерь света. Для быстрой электронной модуляции частоты задействовали компоненты из нитрида алюминия: под воздействием электрического поля этот материал претерпевает микродеформации, корректируя траекторию световых волн в резонаторе.

Источник функционирует на длине волны около 461 нм. В штатном режиме луч демонстрирует исключительную стабильность частоты, тогда как альтернативный режим позволяет осуществлять перестройку в спектральном диапазоне свыше 900 МГц с темпом до миллиона циклов в секунду. Объединить столь взаимоисключающие параметры в портативном приборе — крайне сложная задача, поскольку в синем спектре даже микроскопические дефекты чипа вызывают сильное рассеяние света, деградируя характеристики системы.

В ходе испытаний специалисты успешно передали информацию сквозь водную толщу высотой 30 сантиметров. Информация в виде цифрового логотипа EPFL была зашифрована посредством частотной модуляции лазера, после чего приемник успешно расшифровал переданный файл. Эксперимент наглядно подтвердил жизнеспособность концепции подводной оптической коммуникации на базе компактного оборудования.

В рамках второго теста лазер задействовали для улавливания продуктов горения обычной свечи в воздушной среде. Синее излучение сформировало четкий отклик, в то время как традиционный инфракрасный лазер (1550 нм) в идентичной ситуации не зафиксировал значимых колебаний. Тем не менее, данная методика пока не позволяет вычислять точную концентрацию микрочастиц, однако она наглядно доказала превосходную чувствительность синего спектра к мелкодисперсным примесям.

Как полагают разработчики, миниатюрные излучатели подобного класса в перспективе найдут применение в гидроакустических альтернативах — подводных оптических сетях, а также в аппаратуре для контроля окружающей среды. Кроме того, стабильный синий свет востребован в квантовых вычислениях и прецизионных атомных часах, однако применимость инновационного прибора в этих наукоемких областях еще предстоит протестировать.

Источник: iXBT