Vědci dosáhli svatého grálu: Obří ultrarychlé lasery se nově vejdou na miniaturní čip

Vědci dosáhli významného průlomu v oblasti fotonických čipů, když se jim podařilo zmenšit obří ultrarychlé lasery tak, aby se vešly na miniaturní čip.

Vědci dosáhli významného průlomu v oblasti fotonických čipů, když se jim podařilo zmenšit obří ultrarychlé lasery tak, aby se vešly na miniaturní čip. Tento úspěch je považován za „svatý grál“ integrované fotoniky a otevírá cestu k vývoji přenosných a cenově dostupných diagnostických, zobrazovacích a informačních zařízení.

Ultrarychlé lasery nacházejí uplatnění v mnoha oblastech, od přesné výroby a oční chirurgie po biologické zobrazování a atomové hodiny. Dosud však jejich systémy vyžadovaly rozsáhlé laboratorní vybavení, často zabírající celé stoly. Miniaturizace těchto výkonných laserových pulzů na fotonické čipy byla velkou výzvou, protože stlačení světla do extrémně malých vlnovodů způsobovalo silnou interakci světla se sebou samým a destabilizovalo pulzy.

Tým vědců ze Švýcarského federálního technologického institutu (EPFL) pod vedením profesora fotoniky Tobiase Kippenberga vyřešil tento problém překvapivě elegantním způsobem. Využili desetiletí starou, dosud přehlíženou laserovou architekturu nazvanou Mamyshevův oscilátor, kterou v roce 1998 vytvořil fyzik Pavel V. Mamyshev. Tato metoda spočívá v umístění nelineárního vlnovodu mezi dva optické filtry na fotonickém čipu. Fotonické čipy, které pro výpočetní operace využívají světlo namísto elektřiny, tak dokážou manipulovat s vysokointenzivními laserovými pulzy.

V nové studii, publikované 3. června v časopise Nature, vědci demonstrovali, že miniaturní laser na čipu dokázal dodat 1,05 nanojoulu energie v pulzech o délce 147 femtosekund (kvadriliontin sekundy). Tento výkon je srovnatelný s výstupy laboratorních ultrarychlých laserů. Mamyshevův oscilátor funguje tak, že umožňuje vysokointenzivnímu laserovému pulzu expandovat do širšího spektra barev, které pak projdou oběma filtry, zatímco slabší světlo, které by mohlo způsobit destabilizaci, je blokováno. Tím je udržena stabilita a vysoká intenzita laserového pulzu. Tento objev výrazně posouvá hranice integrované fotoniky a slibuje revoluci v mnoha technologických odvětvích.