Ученые создали эффективный титан-сапфировый лазер на чипе: где его применят

Исследователи из Стэнфордского университета разработали титан-сапфировый (Ti:sapphire) лазер на чипе. Он должен найти широкое применение в промышленности, медицине, квантовых вычислениях, пишет журнал Nature.

Титан-сапфировые лазеры известны своими непревзойденными характеристиками в квантовой оптике, спектроскопии и нейробиологии благодаря широкой полосе усиления и сверхбыстрым световым импульсам. Однако громоздкий размер и высокая стоимость ограничивают их применение. Традиционные Ti:sapphire лазеры занимают кубические футы (фут — 30 см — ред.) по объему и могут стоить сотни тысяч долларов. Более того, для подачи энергии, необходимой для их работы, требуются мощные лазеры стоимостью 30 000 долларов каждый.

Новый титан-сапфировый лазер размером с микросхему, разработанный командой из Стэнфордского университета, устраняет эти ограничения. Прототип в 10 000 раз меньше и в 1000 раз дешевле, чем обычные титан-сапфировые лазеры. Вместо одного большого и дорогого лазера любая лаборатория вскоре сможет иметь сотни Ti:sapphire лазеров на одном чипе. Их можно подпитывать зеленой лазерной указкой, пояснили ученые.

Исследователи применили объемный слой титан-сапфира на платформе из диоксида кремния поверх сапфирового кристалла. Затем они превратили его в слой толщиной всего в несколько сотен нанометров и нанесли на него крошечные гребни, действующие в качестве волноводов для усиления света. Добавление микронагревателя позволило настроить длину волны излучаемого света в диапазоне от 700 до 1000 нанометров.

Титан-сапфировый лазер найдет применение в квантовых вычислениях. Он может способствовать сокращению масштаба квантовых компьютеров. В нейробиологии он позволил бы создавать более компактные оптогенетические зонды. В офтальмологии — продвинуть вперед лазерную хирургию и исследования сетчатки.

Сейчас группа разработчиков сосредоточена на совершенствовании нового лазера и изучении методов его массового производства.