В проблеме этой недели Фотоники Природы исследователи в MIT и Национальных лабораториях Сандиа описывают новый способ построить лазеры терагерца, которые могли значительно уменьшить их потребление энергии и размер, также позволяя им испустить более трудные лучи, решающее требование для наиболее практического применения.Работа также представляет существенно новый подход к лазерному дизайну, у которого могли быть разветвления для видимо-легких лазеров также.Устройство исследователей – множество 37 микроизготовленных лазеров на однокристальной схеме.
Его требования к питанию настолько низкие, потому что радиация, испускаемая всеми лазерами, является «запертой фазой», означая, что корыта и гребни ее волн отлично выровнены. Устройство представляет существенно новый путь ко множествам замка фазы лазеров.В их статье исследователи определили четыре предыдущих захватывающих фазу метода, но у всех есть недостатки в микромасштабе. Некоторые требуют помещающих фотонных компонентов так тесно вместе, что их было бы трудно произвести.
Другие требуют дополнительных фотонных компонентов вне чипа, которые должны были бы быть точно помещены относительно лазеров. Ху и множества его коллег, в отличие от этого, монолитные, подразумевая, что они запечатлены полностью от единственного блока материала.«Эта целая работа вдохновлена технологией разработки антенны», говорит Цин Ху, выдающийся преподаватель электротехники и информатики в MIT, группа которого привела новую работу. «Мы работаем над лазерами, и обычно люди разделяют это как фотонику.
И микроволновая разработка – действительно различное сообщество, и у них есть совсем другое мышление. Мы действительно были вдохновлены технологией микроволнового инженера очень вдумчивым способом и достигли чего-то, что является полностью концептуально новым».Пребывание сосредоточилось
Лазерное множество исследователей основано на том же самом принципе, который лежит в основе ТВ вещания и радио. Электрический ток, проходящий через радио-антенну, производит электромагнитное поле, и электромагнитное поле вызывает соответствующий ток в соседних антеннах. В Ху и множестве его коллег, каждый лазер производит электромагнитное поле, которое вызывает ток в лазерах вокруг этого, который синхронизирует фазу радиации, которую они испускают.
Этот подход эксплуатирует то, что было ранее рассмотрено как недостаток в маленьких лазерах. Лазеры масштаба чипа были активной областью исследования в течение многих десятилетий для возможного применения в коммуникации от чипа к чипу в компьютерах и в экологическом и биохимическом ощущении. Но поскольку размеры лазера сжимаются, радиация, которую испускает лазер, становится более разбросанной. «Это – ничто как указатель лазерного луча», объясняет Ху. «Это действительно исходит везде, как крошечная антенна».Если лазер масштаба чипа предназначен, чтобы испустить радиацию в одном направлении, то любая радиация, которую это испускает в боковых направлениях, потрачена впустую и увеличивает свое потребление энергии.
Но Ху и возвращения дизайна его коллег, которые со стороны испустили радиацию.На самом деле, чем больше эмитентов, которых они добавляют к их множеству, тем более со стороны испускаемая радиация возвращена, понизив порог власти, в котором множество произведет лазерный свет.
И потому что со стороны испускаемая радиация может путешествовать на большие расстояния, подобные преимущества должны накопиться, поскольку множества даже растут.«Я – устойчивый верующий, что все физические явления могут быть профессионалами или недостатками», говорит Ху. «Вы не можете только сказать недвусмысленно, что такой-то и такой-то поведение – универсально хорошая или плохая вещь».Ограничивание
В значительной степени энергия от возвращенной боковой радиации повторно испускается в перпендикуляре направления ко множеству. Таким образом, луч, испускаемый множеством, намного более труден, чем испускаемый другими экспериментальными лазерами масштаба чипа. И трудный луч важен для наиболее предполагаемых применений радиации терагерца.В приложениях безопасности, например, радиация терагерца была бы направлена на химический образец, который поглотит некоторые частоты больше, чем другие, создавая характерный поглотительный отпечаток пальца.
Чем более трудный луч, тем больше радиации достигает и образца и, впоследствии, датчик, приводя к более ясному сигналу.К Ху присоединяется на статье первый автор Цзун-Ю Као, который был аспирантом MIT в электротехнике, когда работа была сделана и является теперь главным инженером в Фотонике LongWave, компания что лазеры терагерца рынков, и Джоном Рено из Национальных лабораторий Сандиа.