לאחרונה, חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד עשו פריצת דרך בתחום ייצור הלייזר.
הם פיתחו וייצרו בהצלחה לייזר ספיר טיטניום על שבב, חידוש שלא רק מקטין את גודל הלייזר בארבעה סדרי גודל (כלומר, לעשרת אלפים מהגודל המקורי), אלא גם מקטין את העלות ב- שלושה סדרי גודל (כלומר, רק לאלף מהמחיר המקורי).
"זוהי פריצת דרך משבשת בפרדיגמה המסורתית", מתלהבת פרופ' ילנה ווקוביץ', פרופסור למנהיגות גלובלית וסמכות מובילה בהנדסת חשמל. ככותבת הבכירה של המאמר המפרט את לייזר ספיר טיטניום זה בקנה מידה שבב בכתב העת Nature, היא נרגשת מהעתיד: "בקרוב, כל מעבדה תוכל להחזיק מאות לייזרים בעלי ביצועים גבוהים אלה על שבב בודד, במקום זאת. של הסתמכות על ציוד קונבנציונלי מגושם ויקר הוא גם יהיה קל להפליא לתפעול, ואפילו יהיה אפשר להניע אותו עם מצביע לייזר ירוק".
ג'ושוע יאנג, Ph.D. מועמד במעבדה, מרחיב יותר על ההשלכות מרחיקות הלכת של טכנולוגיה זו, "לייזרים רבי עוצמה אלה יוכלו לשמש במגוון רחב של יישומים חשובים בשבריר מהעלות כאשר אנו עוברים ממכשירים ברמה שולחנית ל הכנת מוצרים מוכנים לייצור על שבב." הוא עבד על מחקר פורץ דרך זה עם עמיתים במעבדה לפוטוניקה ננומטרית וקוונטית של פרופ' ווקוביץ', כולל מהנדס המחקר קספר ואן גאסה והפוסט-דוקטורט דניאל מ. לוקין.
מבחינה טכנית, לייזרים טיטניום ספיר מועדפים מכיוון שיש להם את "רוחב הפס" הגדול ביותר מכל גביש לייזר. המשמעות היא שלייזרי טיטניום ספיר מסוגלים לייצר טווח רחב יותר של אורכי גל מאשר לייזרים אחרים. בנוסף, פולסי האור שלהם נפלטים במהירות רבה, פעם בכל טריליון שניה. מאפייני הביצועים המצוינים הללו ללא ספק יתרמו רבות ליישום הנרחב ולפיתוח המעמיק של טכנולוגיית הלייזר בתחומים שונים.
על מנת לבנות סוג חדש זה של לייזר, הם כיסו תחילה במדויק שכבה של גבישי ספיר אמיתיים בשכבה של ספיר טיטניום על פלטפורמת סיליקון דו חמצני. לאחר מכן ספיר הטיטניום נטחן דק, חרוט והבריק, והצטמצם לשכבה דקה במיוחד בעובי של כמה מאות ננומטרים בלבד. מיד לאחר מכן, הצוות עיצב בקפידה את מוליך הגל בשכבת החומר הדקה במיוחד הזו.
עיצוב ממוזער זה מציע יתרונות משמעותיים. מנקודת מבט מתמטית, עוצמה היא היחס בין כוח לשטח. כך, תוך שמירה על אותה הספק של לייזר בקנה מידה גדול, עוצמת הלייזר תוגבר משמעותית עקב השטח המופחת. החוקרים ציינו, "הגודל הקטן של הלייזר למעשה עוזר לנו לשפר את היעילות."
בנוסף, כדי לשפר עוד יותר את ביצועי הלייזר, צוות המחקר שילב דוד מיניאטורי. מחמם זה מחמם את האור שעובר דרך מוליך הגלים, ומאפשר לצוות של Jelena Vuckovic את הגמישות להתאים את אורך הגל של האור הנפלט בין 700-1000 ננומטר.
לייזר טיטניום ספיר זה על שבב מראה יישומים מבטיחים בכמה תחומים. בפיזיקה קוונטית, הוא מציע פתרון זול ומעשי לצמצום מחשבי קוונטים חדישים. ובתחום מדעי המוח, חוקרי סטנפורד חוזים את היישום הישיר שלו באופטוגנטיקה, תחום המאפשר למדענים לשלוט ולהשפיע על פעילות עצבית בתוך המוח באמצעות אור, למרות הנפח היחסי של מכשירי הסיבים האופטיים הנמצאים כיום בשימוש נפוץ.
במבט קדימה, הצוות ימשיך לשכלל את העיצוב של הלייזרים מטיטניום ספיר בקנה מידה שבב ולבחון את האפשרות לייצור המוני שלהם על פרוסות, אלפי לייזרים בו זמנית. בקיץ הקרוב יזכה ג'ושוע יאנג לתואר דוקטור על סמך מחקר זה ויפעל להוצאת הטכנולוגיה הזו לשוק. אנחנו יכולים לשים אלפי לייזרים על רקיק 4-אינץ', והעלות ללייזר תהיה קרובה לאפס", הוא אומר בביטחון. זה ללא ספק יעורר מהפכה טכנולוגית".
תורגם עם www.DeepL.com/Translator (גרסה חינמית)
